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C/C++中可变参数的用法

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在C/C++函数中使用可变参数,

下面介绍在C/C++里面使用的可变参数函数。

先说明可变参数是什么,先回顾一下C++里面的函数重载,如果重复给出如下声明:

int func();

int func(int);

int func(float);

int func(int, int);

...

这样在调用相同的函数名 func 的时候,编译器会自动识别入参列表的格式,从而调用相对应的函数体。

但这样的方法毕竟有限,试想一下我们假如想定义一个函数,我们在调用之前(在运行期之前)根本不知道我到底要调用几个参数,并且不知道这些参数是个什么类型,例如我们想定义一个函数:

int max(int n, ...);

用来返回一串随意长度输入参数的最大值,例如调用

max(3, 10, 20, 30)的时候,可以返回(n=3)个数 10,20,30 的最大值30。

并且还可以接受任意个参数的输入,例如:

max(6, 20, 40, 10, 50, 30, 40)  也应该是被接受的,返回最大值50。

这怎么达到呢?

其实这样的例子我们肯定见过,最典型的就是 printf 函数,可以看 printf 函数的原形:

int printf(char*, ...);

它接受一个格式字符串,并且后面跟随任意指定的参数,根据实际需要而确定入参的个数。

实际上它的实现要依赖于一个标准 C 库 <stdarg.h>,stdandard argument(标准参数) 的意思。下面先稍为介绍一下 <stdarg.h>,或者在 C++ 中的 <cstdarg> 的功效:

这实际上是一组初始化和调用可变参数的宏,下面先介绍一下可变参数表的调用形式以及原理:

首先是参数的内存存放格式:参数存放在内存的堆栈段中,在执行函数的时候,从最后一个开始入栈。因此栈底高地址,栈顶低地址,举个例子如下:

void func(int x, float y, char z);

那 么,调用函数的时候,实参 char z 先进栈,然后是 float y,最后是 int x,因此在内存中变量的存放次序是 x->y->z,因此,从理论上说,我们只要探测到任意一个变量的地址,并且知道其他变量的类型,通过指针移位运算,则总可以顺藤摸瓜找到其 他的输入变量。

然后是可变入参表格式,省略的参数用 ... 代替,但必须注意:

1. 只能有一个 ... 并且它必须是最后一个参数;

2. 不要只用一个 ... 作为所有的参数,因为从后面可以知道,这样你无法确定入参表的地址。

举个例子,声明函数如下:

void func(int x, int y, ...);

然后调用:func(3, 5, 'c', 2.1f, 6);

于是在调用参数的时候,编译器则不会检查实际输入的是什么参数,只管把所有参数按照上面描述的方法,变成实参堆放在内存中,在本例中,内存中依次存放 x=3, y=5, 'c', 2.1f, 6

但 是有一个需要注意的地方,这些东西只是紧挨着堆放在内存中,于是想要正确调用这些参数,必须知道他们确切的类型,并且我们也关心这个参数表实际的长度,然 而不幸的是,这些我们无从得知。因此,这个解决办法决不是高明的,从某种程度上说,这甚至是一个严重的漏洞。因此,C++ 很不提倡去使用它。

不过缺点归缺点,万不得已的时候我们还是得用,但是我们对里面输入变量的时候,应该对入参的类型有一个清醒的认识,否则这样的操作是很危险的。

下面是 <stdarg.h> 对上面这一个思路的实现,里面重要的几个宏定义如下:

typedef char* va_list;

void va_start ( va_list ap, prev_param ); /* ANSI version */

type va_arg ( va_list ap, type );

void va_end ( va_list ap );

其中,va_list 是一个字符指针,可以理解为指向当前参数的一个指针,取参必须通过这个指针进行。

<Step 1> 在调用参数表之前,应该定义一个 va_list 类型的变量,以供后用(下面假设这个 va_list 类型变量被定义为ap);

<Step 2> 然后应该对 ap 进行初始化,让它指向可变参数表里面的第一个参数,这是通过 va_start 来实现的,第一个参数是 ap 本身,第二个参数是在变参表前面紧挨着的一个变量;

<Step 3> 然后是获取参数,调用 va_arg,它的第一个参数是 ap,第二个参数是要获取的参数的指定类型,然后返回这个指定类型的值,并且把 ap 的位置指向变参表的下一个变量位置;

<Step 4> 获取所有的参数之后,我们有必要将这个 ap 指针关掉,以免发生危险,方法是调用 va_end,他是输入的参数 ap 置为 NULL,应该养成获取完参数表之后关闭指针的习惯。

例如开始的例子 int max(int n, ...); 其函数内部应该如此实现:

#include <iostream>

#include <cstdlib>

#include <iomanip>

#include <cstdarg>

using namespace std;

int getMaxValue(int n, ...){

va_list ap;

va_start(ap,n);

int temp;

int max_result = 0;

for(int i = 0;i < n;i++) {

   temp = va_arg(ap,int);

   if(temp > max_result) {

           max_result = temp;

}}

va_end(ap);

return max_result;

}

int main(int argc,char *argv[]){

           std::cout << "hello world" << setw(5)<<  getMaxValue(5,1,23,44,55,44) << std::endl;

           cout << getMaxValue(6, 20, 40, 10, 50, 30, 40) << endl;

           return EXIT_SUCCESS;

}
输出结果为:
hello world 55
50

基 本用法阐述至此,可以看到,这个方法存在两处极严重的漏洞:其一,输入参数的类型随意性,使得参数很容易以一个不正确的类型获取一个值(譬如输入一个 float,却以int型去获取他),这样做会出现莫名其妙的运行结果;其二,变参表的大小并不能在编译时获取,这样就存在一个访问越界的可能性,导致后 果严重的 RUNTIME ERROR。

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