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c/c++支持可變參數的函數

編輯:關於C++

一、為什麼要使用可變參數的函數?

一般我們編程的時候,函數中形式參數的數目通常是確定的,在調用時要依次給出與形式參數對應的所有實際參數。但在某些情況下希望函數的參數個數可以根據需要確定,因此c語言引入可變參數函數。這也是c功能強大的一個方面,其它某些語言,比如fortran就沒有這個功能。

典型的可變參數函數的例子有大家熟悉的printf()、scanf()等。

二、c/c++如何實現可變參數的函數?

為了支持可變參數函數,C語言引入新的調用協議, 即C語言調用約定 __cdecl . 采用C/C++語言編程的時候,默認使用這個調用約定。如果要采用其它調用約定,必須添加其它關鍵字聲明,例如WIN32 API使用PASCAL調用約定,函數名字之前必須加__stdcall關鍵字。

采用C調用約定時,函數的參數是從右到左入棧,個數可變。由於函數體不能預先知道傳進來的參數個數,因此采用本約定時必須由函數調用者負責堆棧清理。舉個例子:

//C調用約定函數
int __cdecl Add(int a, int b)
{
 return (a + b);
}

函數調用:
Add(1, 2);
//匯編代碼是:
push        2            ;參數b入棧
push        1            ;參數a入棧
call        @Add         ;調用函數。其實還有編譯器用於定位函數的表達式這裡把它省略了
add         esp,8        ;調用者負責清棧

如果調用函數的時候使用的調用協議和函數原型中聲明的不一致,就會導致棧錯誤,這是另外一個話題,這裡不再細說。

另外c/c++編譯器采用宏的形式支持可變參數函數。這些宏包括va_start、va_arg和va_end等。之所以這麼做,是為了增加程序的可移植性。屏蔽不同的硬件平台造成的差異。

支持可變參數函數的所有宏都定義在stdarg.h 和 varargs.h中。例如標准ANSI形式下,這些宏的定義是:

typedef char * va_list; //字符串指針

#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 )

使用宏_INTSIZEOF是為了按照整數字節對齊指針,因為c調用協議下面,參數入棧都是整數字節(指針或者值)。

三、如何定義這類的函數。

可變參數函數在不同的系統下,采用不同的形式定義。

1、用ANSI標准形式時,參數個數可變的函數的原型聲明是:

type funcname(type para1, type para2, ……);

關於這個定義,有三點需要說明:

一般來說,這種形式至少需要一個普通的形式參數,可變參數就是通過三個'.'來定義的。所以"……"不表示省略,而是函數原型的一部分。type是函數返回值和形式參數的類型。

例如:

int MyPrintf(char const* fmt, ……);

但是,我們也可以這樣定義函數:

void MyFunc(……);

但是,這樣的話,我們就無法使用函數的參數了,因為無法通過上面所講的宏來提取每個參數。所以除非你的函數代碼中的確沒有用到參數表中的任何參數,否則必須在參數表中使用至少一個普通參數。

注意,可變參數只能位於函數參數表的最後。不能這樣:

void MyFunc(……, int i);

2、采用與UNIX 兼容系統下的聲明方式時,參數個數可變的函數原型是:

type funcname(va_alist);

但是要求函數實現的時候,函數名字後面必須加上va_dcl.例如:

#i nclude <varargs.h>
int average( va_list );

void main( void )
{
   。。。//代碼
}

/* UNIX兼容形式*/
int average( va_alist )
va_dcl
{
   。。。//代碼
}

這種形式不需要提供任何普通的形式參數。type是函數返回值的類型。va_dcl是對函數原型聲明中參數va_alist的詳細聲明,實際是一個宏定義。根據平台的不同,va_dcl的定義稍有不同。

在varargs.h中,va_dcl的定義後面已經包括了一個分號。因此函數實現的時候,va_dcl後不再需要加上分號了。

3、采用頭文件stdarg.h編寫的程序是符合ANSI標准的,可以在各種操作系統和硬件上運行;而采用頭文件varargs.h的方式僅僅是為了與以前的程序兼容,兩種方式的基本原理是一致的,只是在語法形式上有一些細微的區別。 所以一般編程的時候使用stdarg.h.下面的所有例子代碼都采用ANSI標准格式。

四、可變參數函數的基本使用方法

下面通過若干例子,說明如何實現可變參數函數的定義和調用。

//================================ 例子程序1 ===============
#i nclude < stdio.h >
#i nclude < string.h >
#i nclude < stdarg.h >

/* 函數原型聲明,至少需要一個確定的參數,注意括號內的省略號 */
int demo( char *, ... );

void main( void )
{
demo("DEMO", "This", "is", "a", "demo!", "\0");
}

int demo( char *msg, ... )
{
va_list argp; /* 定義保存函數參數的結構 */
int argno = 0; /* 紀錄參數個數 */
char *para; /* 存放取出的字符串參數 */

// 使用宏va_start, 使argp指向傳入的第一個可選參數,
// 注意 msg是參數表中最後一個確定的參數,並非參數表中第一個參數
va_start( argp, msg );

    while (1)
{
//取出當前的參數,類型為char *
//如果不給出正確的類型,將得到錯誤的參數
para = va_arg( argp, char *);

 if ( strcmp( para, "\0") == 0 ) /* 采用空串指示參數輸入結束 */
   break;
printf("參數 #%d 是: %s\n", argno, para);
     argno++;
    }
va_end( argp ); /* 將argp置為NULL */
    return 0;
}

//輸出結果
參數 #0 是: This
參數 #1 是: is
參數 #2 是: a
參數 #3 是: demo!

注意到上面的例子沒有使用第一個參數,下面的例子將使用所有參數

//================================ 例子程序2 ===============

#i nclude <stdio.h>
#i nclude <stdarg.h>
int average( int first, ... ); //輸入若干整數,求它們的平均值

void main( void )
{
   /* 調用3個整數(-1表示結尾) */
   printf( "Average is: %d\n", average(2,3,4, -1));

   /*調用4個整數*/
   printf( "Average is: %d\n", average(5,7,9, 11,-1));

   /*只有結束符的調用*/
   printf( "Average is: %d\n", average(-1) );
}

/* 返回若干整數平均值的函數 */
int average( int first, ... )
{
   int count = 0, sum = 0, i = first;
   va_list marker;

   va_start( marker, first ); //初始化
   while( i != -1 )
   {
      sum += i; //先加第一個參數
      count++;
      i = va_arg( marker, int);//取下一個參數
   }
   va_end( marker );
   return( sum ? (sum / count) : 0 );
}

//輸出結果
Average is: 3
Average is: 8
Average is: 0

五、關於可變參數的傳遞問題

有人問到這個問題,假如我定義了一個可變參數函數,在這個函數內部又要調用其它可變參數函數,那麼如何傳遞參數呢?上面的例子都是使用宏va_arg逐個把參數提取出來使用,能否不提取,直接把它們傳遞給另外的函數呢?

我們先看printf的實現:

int __cdecl printf (const char *format, ...)
{
va_list arglist;
int buffing;
        int retval;

va_start(arglist, format); //arglist指向format後面的第一個參數

...//不關心其它代碼
        retval = _output(stdout,format,arglist); //把format格式和參數傳遞給output函數

...//不關心其它代碼
return(retval);
}

我們先模仿這個函數寫一個:

#i nclude <stdio.h>
#i nclude <stdarg.h>

int mywrite(char *fmt, ...)
{
     va_list arglist;
     va_start(arglist, fmt);
     return printf(fmt,arglist);
}

void main()
{
int i=10, j=20;
char buf[] = "This is a test";
double f= 12.345;
mywrite("String: %s\nInt: %d, %d\nFloat :%4.2f\n", buf, i, j, f);
}

運行一下看看,哈,錯誤百出。仔細分析原因,根據宏的定義我們知道 arglist是一個指針,它指向第一個可變的參數,但是所有的參數都位於棧中,所以arglist指向棧中某個位置,通過arglist的值,我們可以直接查看棧裡面的內容:

arglist -> 指向棧裡面,內容包括

0067FD78 E0 FD 67 00 //指向字符串"This is a test"

0067FD7C 0A 00 00 00 //整數 i 的值

0067FD80 14 00 00 00 //整數 j 的值

0067FD84 71 3D 0A D7 //double 變量 f, 占用8個字節

0067FD88 A3 B0 28 40

0067FD8C 00 00 00 00

如果直接調用 printf(fmt, arglist); 僅僅是把arglist指針的值0067FD78入棧,然後把格式字符串入棧,相當於調用:

printf(fmt, 0067FD78);

自然這樣的調用肯定會出現錯誤。

我們能不能逐個把參數提取出來,再傳遞給其它函數呢?先考慮一次性把所有參數傳遞進去的問題。

如果調用的是系統庫函數,這種情況下是不可能的。因為提取參數是在運行態,而參數入棧是在編譯的時候確定的。無法讓編譯器預知運行態的事情給出正確的參數入棧代碼。而我們在運行態雖然可以提取每個參數,但是無法將參數一次性全部壓棧,即使使用匯編代碼實現起來也是很困難的,因為不單是一個簡單的push代碼就可以做到。

如果接受參數的函數也是我們自己寫的,自然我們可以把arglist指針入棧,然後在函數中自己解析arglist指針裡面的參數,逐個提取出來處理。但是這樣做似乎沒有什麼意義,一方面,這個函數沒有必要也做成可變參數函數,另一方面直接在第一個函數中解析參數,然後處理不是更簡單麼?

我們唯一可以做到的是,逐個解析參數,然後循環中調用其它可變參數函數,每次傳遞一個參數。這裡又有一個問題,就是參數表中的不可變參數的傳遞問題,有些情況下不能簡單的傳遞,以上面的例子為例, 通常我們解析參數的同時,還需要解析格式字符串:

#i nclude <windows.h>
#i nclude <stdio.h>
#i nclude <stdarg.h>

//測試一下這個,開個玩笑
void t(...)
{
printf("\n");
}

int mywrite(char *fmt, ...)
{
va_list arglist;
va_start(arglist, fmt);

char temp[255];
strcpy(temp, fmt); //Copy the Format string
char Format[255];

char *p = strchr(temp,'%');
int i=0;
int iParam;
double fParam;
while(p != NULL)
{
   while((*p<'a' || *p>'z') && (*p!=0) ) p++;
   if(*p == 0)break;
   p++;

   //格式字符串
   int nChar = p - temp;
   strncpy(Format,temp, nChar);
   Format[nChar] = 0;
   //參數
   if(Format[nChar-1] != 'f')
   {
    iParam = va_arg( arglist, int);
    printf(Format, iParam);
   }
   else
   {
    fParam = va_arg( arglist, double);
    printf(Format, fParam);
   }

   i++;
   if(*p == 0) break;
   strcpy(temp, p);
   p = strchr(temp, '%');
}
if(temp[0] != 0)
   printf(temp);

return i;

}

void main()
{
int i=10, j=20;
char buf[] = "This is a test";
double f= 123.456;
mywrite("String: %s\nInt: %d, %d\nFloat :%4.2f\nEnd", buf, i, j, f, 0);
t("aaa", i);
}

//輸出:
String: This is a test
Int: 10, 20
Float :123.46
End

當然這裡的解析是不完善的。

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