再次理解C语言的变参

 

实在是令我很郁闷的事啊。

去年用了两天的时间恶补了一下变参，今天看到变参。发现头脑一篇空白，啥都不知道了。

 

古人有云：温故而知新。今日我就在看一遍，做个笔记了。

 

在 C 语言中，函数参数的 传递方式有值传和址传 . 值传是把实参的一个专用的、临时的复制值给被调函数中相应的形参 被调用函数使用、修改这个传来的复制值，不会影响实参的值 . 址传则 是把变量 ( 实参 ) 的地址传给被调函数 . 被调函数通过这个地址找到该变量的存放位置，直接对该地址中存放 的变量的内容进行存取操作 . 无论是值传还是址传，都要求实参的数目及类型与形参 要完全一致。

 

但是在C语言中，在形参表中可以不明确指定传递参数的个数和类型。printf就是一个最好的例子了。这也就是今天要讨论的主要话题-- 变参函数 。

 

下面我们通过对可变长参数函数的理解和设计， 加深 C 语言函数设计的思想方法。

 

在标准文件 stdarg.h 中包含带参数的宏定义：

typedef __builtin_va_list __gnuc_va_list;
typedef __gnuc_va_list va_list 
#define va_start(v,l)   __builtin_va_start(v,l)
#define va_end(v)       __builtin_va_end(v)
#define va_arg(v,l)     __builtin_va_arg(v,l)

 __builtin_va_list等带有__builtin都是编译器所能识别的函数，类似于关键字，这里就不深究了。

 

 

下面举例一下可变参数的使用注意事项：

1，可变长参数函数规定格式 {类型函数名 (firstfix,…,lastfix,…)} 。 firstfix,…,lastfix表示函数参数列表中的第一个和最后一个固定参数，该参数列表至少要有一个固定参数，其作用是为了给变参函数确定列表中参数的个数和参数的类型。

 

2，指针类型va_list用来说明一个变量ap(argument pointer -- 可变参数指针），此变量将依次引用可变参数列表中用省略号“...”代替的每一个参数。即指向将要操作的变参。

 

3，宏va_start(ap,lastfix)是为了初始化变参指针ap，以指向可变参数列表中未命名的第一个参数，即指向lastfix后的第一个变参。它必须在指针使用之前调用一次该宏，参数列表中至少有一个未命名的可变参数。从宏定义可知其正确性。

 

4，宏va_arg(ap, type)调用，将ap指向下一个可变参数，而ap的类型由type确定，type数据类型不使用float类型。调用后将新的变参指向一个工作变参，如iap=va_start(ap,int)调用。

 

5，宏va_end(ap)功能是完成清除变量ap的作用，表明程序以后不再使用，若该指针变量需再使用，必须重新调用宏va_start以启动该变量。

 

下面举两个列子，一个使用可变参数实现，一个使用常规方式实现：

#include <stdio.h>
#include <stdarg.h>

int add_va(int num, int first, ...) {
        int ret = 0, arg, i;
        va_list ap;  //定义一个可变参数变量

        ret = first;
        va_start(ap,first); //初始化可变参数
        for(i = 1; i < num;i++) {
                arg = va_arg(ap,int);//获取下一个类型为int的参数
                ret += arg;
        }

        va_end(ap);//清除变量ap
        return ret;
}

int add_normal(int num, ...) {
        int *p, i;
        int ret;
        p = &num + 1; //p指向参数列表下一个位置
        ret = *p;

        for(i = 1; i < num; i++)
                ret +=p[i];

        return ret;
}

int main(int argc, char **argv) {
        printf("%d\n", add_va(5,1,2,3,4,5));
        printf("%d\n", add_normal(5,1,2,3,4,5));
        return 0;
}

 

得出结论：

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可变参数在编译器中的处理

va_start,va_arg,va_end 是在 stdarg.h 中 被定义成宏的 , 由于 1) 硬件平台的不同 2) 编译器的不同 , 所以定义的宏也有所不同 , 下面以 VC++ 中 stdarg.h 里 x86 平台的宏定义摘录如下 ：

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 ) 

 

_INTSIZEOF(n) 中注意 (( sizeof (n) + sizeof ( int ) - 1 ) &~ ( sizeof ( int )  -   1 ) )， 其实这段表达式主要是为了字节对齐作用，这里是使用int值来确定对齐的方式。很好很强大。

 

图 (1) 是函数的参数在堆栈中的分布位置 。运行 va_start(ap, v) 以后 ,ap 指向第一 个可变参数在堆栈的地址

高地址|-----------------------------| 
|函数返回地址 | 
|-----------------------------| 
|. | 
|-----------------------------| 
|第n个参数(第一个可变参数) | 
|-----------------------------|<--va_start后ap指向 
|第n-1个参数(最后一个固定参数)| 
低地址|-----------------------------|<-- &v 
图( 1 ) 

 

然后，使用va_arg() 取得类型 t 的可变参数值 。举例 va_arg 取 int 型的返回值 : j= ( *(int*)((ap += _INTSIZEOF(int))-_INTSIZEOF(int)) )。

1，ap+=sizeof(int),ap指向了下一个参数的地址

2，减去sizeof(int)，相当于又返回到了前一个参数，不过这一步没有赋值给ap。

3,  将表达式的值强转成int类型。

4，返回第n(第一个可变参数)的值，并且赋值给变量j。

 

高地址|-----------------------------| 
|函数返回地址 | 
|-----------------------------| 
|. | 
|-----------------------------|<--va_arg后ap指向 
|第n个参数(第一个可变参数) | 
|-----------------------------|<--va_start后ap指向 
|第n-1个参数(最后一个固定参数)| 
低地址|-----------------------------|<-- &v 
图( 2 ) 

 最后要说的是 va_end 宏的意思 ,x86 平 台定义为 ap=(char*)0; 使 ap 不再指向堆栈 , 而是跟 NULL 一样 . 有些直接定义为 ((void*)0), 这样编译器不会为 va_end 产生代码 , 例如 gcc 在 linux 的 x86 平台就是这样定义的 .

 

NOTE:

由于参数的地址用于 va_start 宏 , 所以参数不能声明为寄存器变量或作为函数或数组类型 。 不同的操作系统和硬件平台的定义有些不同 , 但原理却是相似的。

 

 

接下来自己写了一个printf:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdarg.h>

void printf_diy(char *fmt,...) {
        va_list arg;
        char c;

        va_start(arg, fmt);

        do {
                c = *fmt;
                if(c != '%'){
                        putchar(c); //输出
                }
                else {
                        fmt++;
                        switch(*fmt) {
                        case 'd':
                                printf("%d", *((int*)arg));
                                break;
                        case 'x':
                                printf("%#x", *((int*)arg));
                                break;
                        case 'f':
                                printf("%f", *((float*)arg));
                        default:
                                break;
                        }

                        va_arg(arg,int);
                }

                ++fmt;

        } while (*fmt != '\0');

        va_end(arg);
        return;
}

int main(int argc, char **argv) {
        int i = 1234;
        int j = 5678;
        float f = 13.9;

        printf_diy("i = %d\n", i);
        printf_diy("j = %d\n", j);
        printf_diy("f = %f\n", f);
        return 0;
}
                                                                                 

 

输出的结果是：

i = 1234
j = 5678
f = -2.000000

 

这里不明白f会输出的是怎么会是“ -2.000000” 。今天就写到这里了，该问题以后解决。哈哈！