C/C++中可变参数的原理

以前只是知道可变参数怎么用，但是一直对它的原理是似懂非懂，现在对计算机有了比较深刻的认识之后，回头再看，豁然开朗。

要理解可变参数，首先要理解函数调用约定， 为什么只有__cdecl的调用约定支持可变参数，而__stdcall就不支持?

实际上__cdecl和__stdcall函数参数都是从右到左入栈，它们的区别在于由谁来清栈，__cdecl由外部调用函数清栈，而__stdcall由被调用函数本身清栈， 显然对于可变参数的函数，函数本身没法知道外部函数调用它时传了多少参数，所以没法支持被调用函数本身清栈(__stdcall), 所以可变参数只能用__cdecll.

另外还要理解函数参数传递过程中堆栈是如何生长和变化的，从堆栈低地址到高地址，依次存储 被调用函数局部变量，上一函数堆栈桢基址，函数返回地址，参数1， 参数2， 参数3...，相关知识可以参考我的这篇堆栈桢的生成原理

有了上面的知识，我可以知道函数调用时，参数2的地址就是参数1的地址加上参数1的长度，而参数3的地址是参数2的地址加上参数2的长度，以此类推。

于是我们可以自己写可变参数的函数了， 代码如下:

intSum(intnCount,)
{
intnSum=0;
int*p=&nCount;
for(inti=0;i<nCount;++i)
{
cout<<*(++p)<<endl;
nSum+=*p;
}

cout<<"Sum:"<<nSum<<endl<<endl;
returnnSum;
}

stringSumStr(intnCount,)
{
stringstr;
int*p=&nCount;

for(inti=0;i<nCount;++i)
{
char*pTemp=(char*)*(++p);
cout<<pTemp<<endl;
str+=pTemp;
}

cout<<"SumStr:"<<str<<endl;
returnstr;
}

在我们的测试函数中nCount表示后面可变参数的个数，intSum(intnCount,)会打印后面的可变参数Int值，并且进行累加；stringSumStr(intnCount,)会打印后面可变参数字符串内容，并连接所有字符串。

然后用下面代码进行测试:intmain()

{
Sum(3,10,20,30);
SumStr(5,"aa","bb","cc","dd","ff");

system("pause");

return0;
}

测试结果如下:


可以看到，我们上面的实现有硬编码的味道，也有没有做字节对齐，为此系统专门给我们封装了一些支持可变参数的宏:

//typedefchar*va_list;

//#define_ADDRESSOF(v)(&reinterpret_cast<constchar&>(v))
//#define_INTSIZEOF(n)((sizeof(n)+sizeof(int)-1)&~(sizeof(int)-1))

//#define_crt_va_start(ap,v)(ap=(va_list)_ADDRESSOF(v)+_INTSIZEOF(v))
//#define_crt_va_arg(ap,t)(*(t*)((ap+=_INTSIZEOF(t))-_INTSIZEOF(t)))
//#define_crt_va_end(ap)(ap=(va_list)0)

//#define va_start _crt_va_start

//#define va_arg _crt_va_arg

//#define va_end _crt_va_end

用系统的这些宏，我们的代码可以这样写了:

//useva_arg,praramisint
intSumNew(intnCount,)
{
intnSum=0;
va_listvl=0;
va_start(vl,nCount);

for(inti=0;i<nCount;++i)
{
intn=va_arg(vl,int);
cout<<n<<endl;
nSum+=n;
}

va_end(vl);
cout<<"SumNew:"<<nSum<<endl<<endl;
returnnSum;
}

//useva_arg,praramischar*
stringSumStrNew(intnCount,)
{
stringstr;
va_listvl=0;
va_start(vl,nCount);

for(inti=0;i<nCount;++i)
{
char*p=va_arg(vl,char*);
cout<<p<<endl;
str+=p;
}

cout<<"SumStrNew:"<<str<<endl<<endl;
returnstr;
}

可以看到，其中 va_list实际上只是一个参数指针，va_start根据你提供的最后一个固定参数来获取第一个可变参数的地址，va_arg将指针指向下一个可变参数然后返回当前值, va_end只是简单的将指针清0.

用下面的代码进行测试:

intmain()
{
Sum(3,10,20,30);
SumStr(5,"aa","bb","cc","dd","ff");

SumNew(3,1,2,3);
SumStrNew(3,"12","34","56");

system("pause");

return0;
}

结果如下:


我们上面的例子传的可变参数都是4字节的， 如果我们的可变参数传的是一个结构体，结果会怎么样呢?
下面的例子我们传的可变参数是std::string

//useva_arg,praramisstd::string
voidSumStdString(intnCount,)
{
stringstr;
va_listvl=0;
va_start(vl,nCount);

for(inti=0;i<nCount;++i)
{
stringp=va_arg(vl,string);
cout<<p<<endl;
str+=p;
}

cout<<"SumStdString:"<<str<<endl<<endl;
}

int main()

{

Sum(3, 10, 20, 30);

SumStr(5, "aa", "bb", "cc", "dd", "ff");

SumNew(3, 1, 2, 3);

SumStrNew(3, "12", "34", "56");

string s1("hello ");

string s2("world ");

string s3("!");

SumStdString(3, s1, s2, s3);

system("pause");

return 0;

}

运行结果如下:


可以看到即使传入的可变参数是std::string, 依然可以正常工作。
我们可以反汇编下看看这种情况下的参数传递过程:

很多时候编译器在传递类对象时，即使是传值，也会在堆栈上通过push对象地址的方式来传递，但是上面显然没有这么做，因为它要满足可变参数堆栈内存连续分布的规则,另外，可以看到最后在调用sumStdString后，由add esp, 58h来外部清栈。
一个std::string大小是28, 58h = 88 = 28 + 28 + 28 + 4.

从上面的例子我们可以看到，对于可变参数的函数，有2种东西需要确定，一是可变参数的数量， 二是可变参数的类型，上面的例子中，参数数量我们是在第一个参数指定的，参数类型我们是自己约定的。这种方式在实际使用中显然是不方便，于是我们就有了_vsprintf, 我们根据一个格式化字符串的来表示可变参数的类型和数量，比如C教程中入门就要学习printf, sprintf等。

总的来说可变参数给我们提供了很高的灵活性和方便性，但是也给会造成不确定性，降低我们程序的安全性，很多时候可变参数数量或类型不匹配，就会造成一些不容察觉的问题，只有更好的理解它背后的原理，我们才能更好的驾驭它。