C語言可變引數

我們在c語言程式設計中會遇到一些引數個數可變的函式,例如printf()

這個函式,它的定義是這樣的:

int printf( const char* format, ...);

它除了有乙個引數format固定以外,後面跟的引數的個數和型別是

可變的,例如我們可以有以下不同的呼叫方法:

printf("%d",i);

printf("%s",s);

printf("the number is %d ,string is:%s", i, s);

究竟如何寫可變引數的c函式以及這些可變引數的函式編譯器是如何實

現的呢?本文就這個問題進行一些**,希望能對大家有些幫助.會c++的

網友知道這些問題在c++裡不存在,因為c++具有多型性.但c++是c的乙個

超集,以下的技術也可以用於c++的程式中.限於本人的水平,文中如果有

不當之處,請大家指正.

(一)寫乙個簡單的可變引數的c函式

下面我們來**如何寫乙個簡單的可變引數的c函式.寫可變引數的

c函式要在程式中用到以下這些巨集:

void va_start( va_list arg_ptr, prev_param );

type va_arg( va_list arg_ptr, type );

void va_end( va_list arg_ptr );

va在這裡是variable-argument(可變引數)的意思.

這些巨集定義在stdarg.h中,所以用到可變引數的程式應該包含這個

標頭檔案.下面我們寫乙個簡單的可變引數的函式,改函式至少有乙個整數

引數,第二個引數也是整數,是可選的.函式只是列印這兩個引數的值.

void ******_va_fun(int i, ...)

我們可以在我們的標頭檔案中這樣宣告我們的函式:

extern void ******_va_fun(int i, ...);

我們在程式中可以這樣呼叫:

******_va_fun(100);

******_va_fun(100,200);

從這個函式的實現可以看到,我們使用可變引數應該有以下步驟:

1)首先在函式裡定義乙個va_list型的變數,這裡是arg_ptr,這個變

量是指向引數的指標.

2)然後用va_start巨集初始化變數arg_ptr,這個巨集的第二個引數是第

乙個可變引數的前乙個引數,是乙個固定的引數.

3)然後用va_arg返回可變的引數,並賦值給整數j. va_arg的第二個

引數是你要返回的引數的型別,這裡是int型.

4)最後用va_end巨集結束可變引數的獲取.然後你就可以在函式裡使

用第二個引數了.如果函式有多個可變引數的,依次呼叫va_arg獲

取各個引數.

如果我們用下面三種方法呼叫的話,都是合法的,但結果卻不一樣:

1)******_va_fun(100);

結果是:100 -123456789(會變的值)

2)******_va_fun(100,200);

結果是:100 200

3)******_va_fun(100,200,300);

結果是:100 200

我們看到第一種呼叫有錯誤,第二種呼叫正確,第三種呼叫儘管結果

正確,但和我們函式最初的設計有衝突.下面一節我們**出現這些結果

的原因和可變引數在編譯器中是如何處理的.

(二)可變引數在編譯器中的處理

我們知道va_start,va_arg,va_end是在stdarg.h中被定義成巨集的,

由於1)硬體平台的不同 2)編譯器的不同,所以定義的巨集也有所不同,下

面以vc++中stdarg.h裡x86平台的巨集定義摘錄如下('/'號表示折行):

typedef char * va_list;

#define _intsizeof(n) /

((sizeof(n)+sizeof(int)-1)&~(sizeof(int) - 1) )

#define va_start(ap,v) ( ap = (va_list)&v + _intsizeof(v) )

#define va_arg(ap,t) /

( *(t *)((ap += _intsizeof(t)) - _intsizeof(t)) )

#define va_end(ap) ( ap = (va_list)0 )

定義_intsizeof(n)主要是為了某些需要記憶體的對齊的系統.c語言的函

數是從右向左壓入堆疊的,圖(1)是函式的引數在堆疊中的分布位置.我

們看到va_list被定義成char*,有一些平台或作業系統定義為void*.再

看va_start的定義,定義為&v+_intsizeof(v),而&v是固定引數在堆疊的

位址,所以我們執行va_start(ap, v)以後,ap指向第乙個可變引數在堆

棧的位址,如圖:

高位址|-----------------------------|

|函式返回位址 |

|-----------------------------|

|....... |

|-----------------------------|

|第n個引數(第乙個可變引數) |

|-----------------------------|<--va_start後ap指向

|第n-1個引數(最後乙個固定引數)|

低位址|-----------------------------|<-- &v

圖( 1 )

然後,我們用va_arg()取得型別t的可變引數值,以上例為int型為例,我

們看一下va_arg取int型的返回值:

j= ( *(int*)((ap += _intsizeof(int))-_intsizeof(int)) );

首先ap+=sizeof(int),已經指向下乙個引數的位址了.然後返回

ap-sizeof(int)的int*指標,這正是第乙個可變引數在堆疊裡的位址

(圖2).然後用*取得這個位址的內容(引數值)賦給j.

高位址|-----------------------------|

|函式返回位址 |

|-----------------------------|

|....... |

|-----------------------------|<--va_arg後ap指向

|第n個引數(第乙個可變引數) |

|-----------------------------|<--va_start後ap指向

|第n-1個引數(最後乙個固定引數)|

低位址|-----------------------------|<-- &v

圖( 2 )

最後要說的是va_end巨集的意思,x86平台定義為ap=(char*)0;使ap不再

指向堆疊,而是跟null一樣.有些直接定義為((void*)0),這樣編譯器不

會為va_end產生**,例如gcc在linux的x86平台就是這樣定義的.

在這裡大家要注意乙個問題:由於引數的位址用於va_start巨集,所

以引數不能宣告為暫存器變數或作為函式或陣列型別.

關於va_start, va_arg, va_end的描述就是這些了,我們要注意的

是不同的作業系統和硬體平台的定義有些不同,但原理卻是相似的.

(三)可變引數在程式設計中要注意的問題

因為va_start, va_arg, va_end等定義成巨集,所以它顯得很愚蠢,

可變引數的型別和個數完全在該函式中由程式**控制,它並不能智慧型

地識別不同引數的個數和型別.

有人會問:那麼printf中不是實現了智慧型識別引數嗎?那是因為函式

printf是從固定引數format字串來分析出引數的型別,再呼叫va_arg

的來獲取可變引數的.也就是說,你想實現智慧型識別可變引數的話是要通

過在自己的程式裡作判斷來實現的.

另外有乙個問題,因為編譯器對可變引數的函式的原型檢查不夠嚴

格,對程式設計查錯不利.如果******_va_fun()改為:

void ******_va_fun(int i, ...)

可變引數為char*型,當我們忘記用兩個引數來呼叫該函式時,就會出現

core dump(unix) 或者頁面非法的錯誤(window平台).但也有可能不出

錯,但錯誤卻是難以發現,不利於我們寫出高質量的程式.

以下提一下va系列巨集的相容性.

system v unix把va_start定義為只有乙個引數的巨集:

va_start(va_list arg_ptr);

而ansi c則定義為:

va_start(va_list arg_ptr, prev_param);

如果我們要用system v的定義,應該用vararg.h標頭檔案中所定義的

巨集,ansi c的巨集跟system v的巨集是不相容的,我們一般都用ansi c,所以

用ansi c的定義就夠了,也便於程式的移植.

小結:

可變引數的函式原理其實很簡單,而va系列是以巨集定義來定義的,實

現跟堆疊相關.我們寫乙個可變函式的c函式時,有利也有弊,所以在不必

要的場合,我們無需用到可變引數.如果在c++裡,我們應該利用c++的多

態性來實現可變引數的功能,盡量避免用c語言的方式來實現.

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