我們在C語言編程中會遇到一些參數個數可變的函數,例如printf() 這個函數,它的定義是這樣的: int printf( const char* format, ...); 它除了有一個參數format固定以外,後面跟的參數的個數和類型是 可變的,例如我們可以有以下不同的調用方法: printf("%d",i); printf("%s",s); printf("the number is %d ,string is:%s", i, s); 究竟如何寫可變參數的C函數以及這些可變參數的函數編譯器是如何實 現的呢?本文就這個問題進行一些探討,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++具有多態性.但C++是C的一個 超集,以下的技術也可以用於C++的程序中.限於本人的水平,文中如果有 不當之處,請大家指正. (一)寫一個簡單的可變參數的C函數 下面我們來探討如何寫一個簡單的可變參數的C函數.寫可變參數的 C函數要在程序中用到以下這些宏: 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(可變參數)的意思. 這些宏定義在stdarg.h中,所以用到可變參數的程序應該包含這個 頭文件.下面我們寫一個簡單的可變參數的函數,改函數至少有一個整數 參數,第二個參數也是整數,是可選的.函數只是打印這兩個參數的值. void simple_va_fun(int i, ...) { va_list arg_ptr; int j=0; va_start(arg_ptr, i); j=va_arg(arg_ptr, int); va_end(arg_ptr); printf("%d %d\n", i, j); return; } 我們可以在我們的頭文件中這樣聲明我們的函數: extern void simple_va_fun(int i, ...); 我們在程序中可以這樣調用: simple_va_fun(100); simple_va_fun(100,200); 從這個函數的實現可以看到,我們使用可變參數應該有以下步驟: 1)首先在函數裡定義一個va_list型的變量,這裡是arg_ptr,這個變 量是指向參數的指針. 2)然後用va_start宏初始化變量arg_ptr,這個宏的第二個參數是第 一個可變參數的前一個參數,是一個固定的參數. 3)然後用va_arg返回可變的參數,並賦值給整數j. va_arg的第二個 參數是你要返回的參數的類型,這裡是int型. 4)最後用va_end宏結束可變參數的獲取.然後你就可以在函數裡使 用第二個參數了.如果函數有多個可變參數的,依次調用va_arg獲 取各個參數. 如果我們用下面三種方法調用的話,都是合法的,但結果卻不一樣: 1)simple_va_fun(100); 結果是:100 -123456789(會變的值) 2)simple_va_fun(100,200); 結果是:100 200 3)simple_va_fun(100,200,300); 結果是:100 200 我們看到第一種調用有錯誤,第二種調用正確,第三種調用盡管結果 正確,但和我們函數最初的設計有沖突.下面一節我們探討出現這些結果 的原因和可變參數在編譯器中是如何處理的. (二)可變參數在編譯器中的處理 我們知道va_start,va_arg,va_end是在stdarg.h中被定義成宏的, 由於1)硬件平台的不同 2)編譯器的不同,所以定義的宏也有所不同,下 面以VC++中stdarg.h裡x86平台的宏定義摘錄如下(’\’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內存的對齊的系統.C語言的函 數是從右向左壓入堆棧的,圖(1)是函數的參數在堆棧中的分布位置.我 們看到va_list被定義成char*,有一些平台或操作系統定義為void*.再 看va_start的定義,定義為&v+_INTSIZEOF(v),而&v是固定參數在堆棧的 地址,所以我們運行va_start(ap, v)以後,ap指向第一個可變參數在堆 棧的地址,如圖: 高地址|-----------------------------| |函數返回地址 | |-----------------------------| |....... | |-----------------------------| |第n個參數(第一個可變參數) | |-----------------------------|<--va_start後ap指向 |第n-1個參數(最後一個固定參數)| 低地址|-----------------------------|<-- &v 圖( 1 ) 然後,我們用va_arg()取得類型t的可變參數值,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),已經指向下一個參數的地址了.然後返回 ap-sizeof(int)的int*指針,這正是第一個可變參數在堆棧裡的地址 (圖2).然後用*取得這個地址的內容(參數值)賦給j. 高地址|-----------------------------| |函數返回地址 | |-----------------------------| |....... | |-----------------------------|<--va_arg後ap指向 |第n個參數(第一個可變參數) | |-----------------------------|<--va_start後ap指向 |第n-1個參數(最後一個固定參數)| 低地址|-----------------------------|<-- &v 圖( 2 ) 最後要說的是va_end宏的意思,x86平台定義為ap=(char*)0;使ap不再 指向堆棧,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產生代碼,例如gcc在linux的x86平台就是這樣定義的. 在這裡大家要注意一個問題:由於參數的地址用於va_start宏,所 以參數不能聲明為寄存器變量或作為函數或數組類型. 關於va_start, va_arg, va_end的描述就是這些了,我們要注意的 是不同的操作系統和硬件平台的定義有些不同,但原理卻是相似的. (三)可變參數在編程中要注意的問題 因為va_start, va_arg, va_end等定義成宏,所以它顯得很愚蠢, 可變參數的類型和個數完全在該函數中由程序代碼控制,它並不能智能 地識別不同參數的個數和類型. 有人會問:那麼printf中不是實現了智能識別參數嗎?那是因為函數 printf是從固定參數format字符串來分析出參數的類型,再調用va_arg 的來獲取可變參數的.也就是說,你想實現智能識別可變參數的話是要通 過在自己的程序裡作判斷來實現的. 另外有一個問題,因為編譯器對可變參數的函數的原型檢查不夠嚴 格,對編程查錯不利.如果simple_va_fun()改為: void simple_va_fun(int i, ...) { va_list arg_ptr; char *s=NULL; va_start(arg_ptr, i); s=va_arg(arg_ptr, char*); va_end(arg_ptr); printf("%d %s\n", i, s); return; } 可變參數為char*型,當我們忘記用兩個參數來調用該函數時,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序. 以下提一下va系列宏的兼容性. System V Unix把va_start定義為只有一個參數的宏: 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頭文件中所定義的 宏,ANSI C的宏跟system V的宏是不兼容的,我們一般都用ANSI C,所以 用ANSI C的定義就夠了,也便於程序的移植. 小結: 可變參數的函數原理其實很簡單,而va系列是以宏定義來定義的,實 現跟堆棧相關.我們寫一個可變函數的C函數時,有利也有弊,所以在不必 要的場合,我們無需用到可變參數.如果在C++裡,我們應該利用C++的多 態性來實現可變參數的功能,盡量避免用C語言的方式來實現.
