(一)寫(xiě)一個(gè)簡(jiǎn)單的可變參數(shù)的C函數(shù)

下面我們來(lái)探討如何寫(xiě)一個(gè)簡(jiǎn)單的可變參數(shù)的C函數(shù).寫(xiě)可變參數(shù)的C函數(shù)要在程序中用到以下這些宏:

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.下面我們寫(xiě)一個(gè)簡(jiǎn)單的可變參數(shù)的函數(shù),該函數(shù)至少有一個(gè)整數(shù)參數(shù),第二個(gè)參數(shù)也是整數(shù),是可選的.函數(shù)只是打印這兩個(gè)參數(shù)的值.

我們可以在我們的頭文件中這樣聲明我們的函數(shù):
extern void simple_va_fun(int i, ...);
我們?cè)诔绦蛑锌梢赃@樣調(diào)用:
simple_va_fun(100);
simple_va_fun(100,200);

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:
1)首先在函數(shù)里定義一個(gè)va_list型的變量,這里是arg_ptr,這個(gè)變量是指向參數(shù)的指針.

2)然后用va_start宏初始化變量arg_ptr,這個(gè)宏的第二個(gè)參數(shù)是第一個(gè)可變參數(shù)的前一個(gè)參數(shù),是一個(gè)固定的參數(shù).

3)然后用va_arg返回可變的參數(shù),并賦值給整數(shù)j. va_arg的第二個(gè)參數(shù)是你要返回的參數(shù)的類型,這里是int型.

4)最后用va_end宏結(jié)束可變參數(shù)的獲取.然后你就可以在函數(shù)里使用第二個(gè)參數(shù)了.如果函數(shù)有多個(gè)可變參數(shù)的,依次調(diào)用va_arg獲取各個(gè)參數(shù).

如果我們用下面三種方法調(diào)用的話,都是合法的,但結(jié)果卻不一樣:
1)simple_va_fun(100);
結(jié)果是:100 -123456789(會(huì)變的值)
2)simple_va_fun(100,200);
結(jié)果是:100 200
3)simple_va_fun(100,200,300);
結(jié)果是:100 200
我們看到第一種調(diào)用有錯(cuò)誤,第二種調(diào)用正確,第三種調(diào)用盡管結(jié)果正確,但和我們函數(shù)最初的設(shè)計(jì)有沖突.下面一節(jié)我們探討出現(xiàn)這些結(jié)果的原因和可變參數(shù)在編譯器中是如何處理的.

(二)可變參數(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,下面以VC++中stdarg.h里x86平臺(tái)的宏定義摘錄如下('\'號(hào)表示折行):

定義_INTSIZEOF(n)主要是為了某些需要內(nèi)存的對(duì)齊的系統(tǒng).C語(yǔ)言的函數(shù)是從右向左壓入堆棧的,圖(1)是函數(shù)的參數(shù)在堆棧中的分布位置.我們看到va_list被定義成char*,有一些平臺(tái)或操作系統(tǒng)定義為void*.再看va_start的定義,定義為
&v+_INTSIZEOF(v),而&v是固定參數(shù)在堆棧的地址,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)在堆
棧的地址,如圖:

高地址
       |-----------------------------|
      |函數(shù)返回地址                 |
      |-----------------------------|
       |.......                     |
       |-----------------------------|
       |第n個(gè)參數(shù)(第一個(gè)可變參數(shù))     |
       |-----------------------------|<--va_start后ap指向
      |第n-1個(gè)參數(shù)(最后一個(gè)固定參數(shù))  |
      |-----------------------------|<--&v
低地址
              圖( 1 )

然后,我們用va_arg()取得類型t的可變參數(shù)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(jīng)指向下一個(gè)參數(shù)的地址了.然后返回ap-sizeof(int)的int*指針,這正是第一個(gè)可變參數(shù)在堆棧里的地址(圖2).然后用*取得這個(gè)地址的內(nèi)容(參數(shù)值)賦給j.

高地址
       |-----------------------------|
       |函數(shù)返回地址                  |
       |-----------------------------|
       |.......                      |
       |-----------------------------|<--va_arg后ap指向
       |第n個(gè)參數(shù)(第一個(gè)可變參數(shù))     |
       |-----------------------------|<--va_start后ap指向
       |第n-1個(gè)參數(shù)(最后一個(gè)固定參數(shù)) |
       |-----------------------------|<--&v
低地址
       圖( 2 )

最后要說(shuō)的是va_end宏的意思,x86平臺(tái)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(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.

(三)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)的類型和個(gè)數(shù)完全在該函數(shù)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.

另外有一個(gè)問(wèn)題,因?yàn)榫幾g器對(duì)可變參數(shù)的函數(shù)的原型檢查不夠嚴(yán)格,對(duì)編程查錯(cuò)不利.如果simple_va_fun()改為:

可變參數(shù)為char*型,當(dāng)我們忘記用兩個(gè)參數(shù)來(lái)調(diào)用該函數(shù)時(shí),就會(huì)出現(xiàn)core dump(Unix)或者頁(yè)面非法的錯(cuò)誤(window平臺(tái)).但也有可能不出錯(cuò),但錯(cuò)誤卻是難以發(fā)現(xiàn),不利于我們寫(xiě)出高質(zhì)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(gè)參數(shù)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(yīng)該用vararg.h頭文件中所定義的宏,ANSI C的宏跟systemV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,也便于程序的移植.