可變參數(shù)函數(shù)說(shuō)明

1、前言：本文在很大程度上改編自網(wǎng)友kevintz的“C語(yǔ)言中可變參數(shù)的用法”一文，在行文之前先向這位前輩表示真誠(chéng)的敬意和感謝。一、什么是可變參數(shù)我們?cè)贑語(yǔ)言編程中有時(shí)會(huì)遇到一些參數(shù)個(gè)數(shù)可變的函數(shù)，例如printf()函數(shù)，其函數(shù)原型為：intprintf(constchar*format,.);它除了有一個(gè)參數(shù)format固定以外，后面跟的參數(shù)的個(gè)數(shù)和類(lèi)型是可變的(用三個(gè)點(diǎn)“”做參數(shù)占位符)，實(shí)際調(diào)用時(shí)可以有以下的形式：printf(%d，i);printf(%s，s);printf(thenumberis%d，stringis：%s，i，s);以上這些東西已為大家所熟悉。但是究竟如何寫(xiě)可變參數(shù)

2、的C函數(shù)以及這些可變參數(shù)的函數(shù)編譯器是如何實(shí)現(xiàn)，這個(gè)問(wèn)題卻一直困擾了我好久。本文就這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行一些探討，希望能對(duì)大家有些幫助.二、寫(xiě)一個(gè)簡(jiǎn)單的可變參數(shù)的C函數(shù)先看例子程序。該函數(shù)至少有一個(gè)整數(shù)參數(shù)，其后占位符，表示后面參數(shù)的個(gè)數(shù)不定.在這個(gè)例子里，所有的輸入?yún)?shù)必須都是整數(shù)，函數(shù)的功能只是打印所有參數(shù)的值.函數(shù)代碼如下：/示例代碼1：可變參數(shù)函數(shù)的使用#includestdio.h#includestdarg.hvoidsimple_va_fun(intstart，.)va_listarg_ptr;intnArgValue=start;intnArgCout=0;/可變參數(shù)的數(shù)目va_star

3、t(arg_ptr，start);/以固定參數(shù)的地址為起點(diǎn)確定變參的內(nèi)存起始地址。do+nArgCout;printf(the%dtharg：%dn，nArgCout，nArgValue);/輸出各參數(shù)的值nArgValue=va_arg(arg_ptr，int);/得到下一個(gè)可變參數(shù)的值while(nArgValue!=-1);return;intmain(intargc,char*argv)simple_va_fun(100,-1);simple_va_fun(100,200,-1);return0;下面解釋一下這些代碼從這個(gè)函數(shù)的實(shí)現(xiàn)可以看到,我們使用可變參數(shù)應(yīng)該有以下步驟:由于在程序中

4、將用到以下這些宏:voidva_start(va_listarg_ptr,prev_param);typeva_arg(va_listarg_ptr,type);voidva_end(va_listarg_ptr);va在這里是variable-argument(可變參數(shù))的意思.這些宏定義在stdarg.h中,所以用到可變參數(shù)的程序應(yīng)該包含這個(gè)頭文件.函數(shù)里首先定義一個(gè)va_list型的變量,這里是arg_ptr,這個(gè)變量是存儲(chǔ)參數(shù)地址的指針.因?yàn)榈玫絽?shù)的地址之后，再結(jié)合參數(shù)的類(lèi)型，才能得到參數(shù)的值。然后用va_start宏初始化中定義的變量arg_ptr,這個(gè)宏的第二個(gè)參數(shù)是可變參數(shù)列表

5、的前一個(gè)參數(shù),即最后一個(gè)固定參數(shù).然后依次用va_arg宏使arg_ptr返回可變參數(shù)的地址，得到這個(gè)地址之后，結(jié)合參數(shù)的類(lèi)型,就可以得到參數(shù)的值。設(shè)定結(jié)束條件，這里的條件就是判斷參數(shù)值是否為-1。注意被調(diào)的函數(shù)在調(diào)用時(shí)是不知道可變參數(shù)的正確數(shù)目的，程序員必須自己在代碼中指明結(jié)束條件。至于為什么它不會(huì)知道參數(shù)的數(shù)目，讀者在看完這幾個(gè)宏的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)機(jī)制后，自然就會(huì)明白?？勺儏?shù)在編譯器中的處理我們知道va_start,va_arg,va_end是在stdarg.h中被定義成宏的，由于1)硬件平臺(tái)的不同2)編譯器的不同，所以定義的宏也有所不同，下面看一下VC+6.0中stdarg.h里的代碼(文件的

6、路徑為VC安裝目錄下的vc98includestdarg.h)typedefchar*va_#define_INTSIZEOF(n)#defineva_start(ap,v)#defineva_arg(ap,t)#defineva_end(ap)list;1)1)&(sizeof(int)_INTSIZEOF(v)_INTSIZEOF(t)-_INTSIZEOF(t)(sizeof(n)+sizeof(int)(ap=(va_list)&v+(*(t*)(ap+=(ap=(va_list)0)下面我們解釋這些代碼的含義：1、首先把va_list被定義成char*，這是因?yàn)樵谖覀兡壳八玫腜C機(jī)

7、上，字符指針類(lèi)型可以用來(lái)存儲(chǔ)內(nèi)存單元地址。而在有的機(jī)器上va_list是被定義成void*的2、定義_INTSIZEOF(n)主要是為了某些需要內(nèi)存的對(duì)齊的系統(tǒng)這個(gè)宏的目的是為了得到最后一個(gè)固定參數(shù)的實(shí)際內(nèi)存大小。在我的機(jī)器上直接用sizeof運(yùn)算符來(lái)代替，對(duì)程序的運(yùn)行結(jié)構(gòu)也沒(méi)有影響。(后文將看到我自己的實(shí)現(xiàn))。3、va_start的定義為&v+_INTSIZEOF(v)，這里&v是最后一個(gè)固定參數(shù)的起始地址，再加上其實(shí)際占用大小后，就得到了第一個(gè)可變參數(shù)的起始內(nèi)存地址。所以我們運(yùn)行va_start(ap,v)以后,ap指向第一個(gè)可變參數(shù)在的內(nèi)存地址，有了這個(gè)地址，以后的事情就簡(jiǎn)單了。這里要知

8、道兩個(gè)事情：在intel+windows的機(jī)器上，函數(shù)棧的方向是向下的，棧頂指針的內(nèi)存地址低于棧底指針，所以先進(jìn)棧的數(shù)據(jù)是存放在內(nèi)存的高地址處。(2)在VC等絕大多數(shù)C編譯器中，默認(rèn)情況下，參數(shù)進(jìn)棧的順序是由右向左的，因此，參數(shù)進(jìn)棧以后的內(nèi)存模型如下圖所示：最后一個(gè)固定參數(shù)的地址位于第一個(gè)可變參數(shù)之下，并且是連續(xù)存儲(chǔ)的。|最后一個(gè)可變參數(shù)|-高內(nèi)存地址處|第N個(gè)可變參數(shù)的地方,I-va_arg(arg_ptr,int)后arg_ptr所指|址。11|即第N個(gè)可變參數(shù)的地|第一個(gè)可變參數(shù)I-va_start(arg_ptr,start)后arg_ptr所指的地方|即第一個(gè)可變參數(shù)的地址II|最后

9、一個(gè)固定參數(shù)1II-start的起始地址1|-低內(nèi)存地址處va_arg():有了va_start的良好基礎(chǔ)，我們?nèi)〉昧说谝粋€(gè)可變參數(shù)的地址，在va_arg()里的任務(wù)就是根據(jù)指定的參數(shù)類(lèi)型取得本參數(shù)的值，并且把指針調(diào)到下一個(gè)參數(shù)的起始地址。因此，現(xiàn)在再來(lái)看va_arg()的實(shí)現(xiàn)就應(yīng)該心中有數(shù)了：#defineva_arg(ap,t)(*(t*)(ap+=_INTSIZEOF(t)-_INTSIZEOF(t)這個(gè)宏做了兩個(gè)事情，用用戶輸入的類(lèi)型名對(duì)參數(shù)地址進(jìn)行強(qiáng)制類(lèi)型轉(zhuǎn)換，得到用戶所需要的值計(jì)算出本參數(shù)的實(shí)際大小，將指針調(diào)到本參數(shù)的結(jié)尾，也就是下一個(gè)參數(shù)的首地址，以便后續(xù)處理。(5)va_end

10、宏的解釋：x86平臺(tái)定義為ap=(char*)O;使ap不再指向堆棧,而是跟NULL樣.有些直接定義為(void*)0)，這樣編譯器不會(huì)為va_end產(chǎn)生代碼，例如gcc在linux的x86平臺(tái)就是這樣定義的.在這里大家要注意一個(gè)問(wèn)題:由于參數(shù)的地址用于va_start宏，所以參數(shù)不能聲明為寄存器變量或作為函數(shù)或數(shù)組類(lèi)型.關(guān)于va_start,va_arg,va_end的描述就是這些了，我們要注意的是不同的操作系統(tǒng)和硬件平臺(tái)的定義有些不同，但原理卻是相似的.可變參數(shù)在編程中要注意的問(wèn)題因?yàn)関a_start,va_arg,va_end等定義成宏,所以它顯得很愚蠢,可變參數(shù)的類(lèi)型和個(gè)數(shù)完全在該函數(shù)

11、中由程序代碼控制,它并不能智能地識(shí)別不同參數(shù)的個(gè)數(shù)和類(lèi)型.有人會(huì)問(wèn):那么printf中不是實(shí)現(xiàn)了智能識(shí)別參數(shù)嗎?那是因?yàn)楹瘮?shù)printf是從固定參數(shù)format字符串來(lái)分析出參數(shù)的類(lèi)型,再調(diào)用va_arg的來(lái)獲取可變參數(shù)的.也就是說(shuō),你想實(shí)現(xiàn)智能識(shí)別可變參數(shù)的話是要通過(guò)在自己的程序里作判斷來(lái)實(shí)現(xiàn)的.例如，在C的經(jīng)典教材thecprogramminglanguage的7.3節(jié)中就給出了一個(gè)printf的可能實(shí)現(xiàn)方式，由于篇幅原因這里不再敘述。小結(jié):1、標(biāo)準(zhǔn)C庫(kù)的中的三個(gè)宏的作用只是用來(lái)確定可變參數(shù)列表中每個(gè)參數(shù)的內(nèi)存地址，編譯器是不知道參數(shù)的實(shí)際數(shù)目的。2、在實(shí)際應(yīng)用的代碼中，程序員必須自己考慮

12、確定參數(shù)數(shù)目的辦法，如在固定參數(shù)中設(shè)標(biāo)志一一printf函數(shù)就是用這個(gè)辦法。后面也有例子。在預(yù)先設(shè)定一個(gè)特殊的結(jié)束標(biāo)記，就是說(shuō)多輸入一個(gè)可變參數(shù)，調(diào)用時(shí)要將最后一個(gè)可變參數(shù)的值設(shè)置成這個(gè)特殊的值，在函數(shù)體中根據(jù)這個(gè)值判斷是否達(dá)到參數(shù)的結(jié)尾。本文前面的代碼就是采用這個(gè)辦法.無(wú)論采用哪種辦法，程序員都應(yīng)該在文檔中告訴調(diào)用者自己的約定。3、實(shí)現(xiàn)可變參數(shù)的要點(diǎn)就是想辦法取得每個(gè)參數(shù)的地址，取得地址的辦法由以下幾個(gè)因素決定：函數(shù)棧的生長(zhǎng)方向參數(shù)的入棧順序CPU的對(duì)齊方式內(nèi)存地址的表達(dá)方式結(jié)合源代碼，我們可以看出va_list的實(shí)現(xiàn)是由決定的，INTSIZEOF(n)的引入則是由決定的，他和又一起決定了va_start的實(shí)現(xiàn)，最后va_end的存在則是良好編程風(fēng)格的體現(xiàn)，將不再使用的指針設(shè)為NULL,這樣可以防止以后的誤操作。4、取得地址后，再結(jié)合參數(shù)的類(lèi)型，程序員就可以正確的處理參數(shù)了。理解了以上要點(diǎn)，相信稍有經(jīng)驗(yàn)的讀者就可以寫(xiě)出適合于自己機(jī)器的實(shí)現(xiàn)來(lái)。下面就是一個(gè)例子用模板可以實(shí)現(xiàn)templateTsum(Ta,T2b,)可以實(shí)現(xiàn)的，吧上邊的代碼一改templateTt_max(Tstart,T2next.)Tresult=0;v