最近对变长参数感兴趣了,想实现一个自己的printf,遇到了几个问题,比如如何处理格式,等等。。。
C/C++函数中使用可变参数
作者转自:http://foggy-elves.blog.sohu.com/
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:
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:
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
其函数内部应该如此实现:
int max(int n, ...) {
// 定参 n 表示后面变参数量,定界用,输入时切勿搞错
va_list ap; // 定义一个 va_list 指针来访问参数表
va_start(ap, n); // 初始化 ap,让它指向第一个变参
int maximum = -0x7FFFFFFF; // 这是一个最小的整数
int temp;
for(int i = 0; i < n; i++) {
temp = va_arg(ap, int); // 获取一个 int 型参数,并且 ap 指向下一个参数
if(maximum < temp) maximum = temp;
}
va_end(ap); // 善后工作,关闭 ap
return maximum ;
}
// 在主函数中测试 max 函数的行为(C++ 格式)
int main() {
cout << max(3, 10, 20, 30) << endl;
cout << max(6, 20, 40, 10, 50, 30, 40) << endl;
}
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。
另外,<stdarg.h> 的内部实现形式在这处不再加说明,如果有需要可以参考下面的连接(感谢他们的作者)。
作为建议,在 C++ 环境中尽量不要使用这种方法,如有需要,尽量先考虑使用类或者重载来代替,这样可以很好地弥补这种方法的漏洞。
全文完感谢读者,ELF原创,转载请注明出处
bitou补充:
这里面有一个例子,求参数的平均值,这些参数是可变参数,现在将函数奉上:
#include <stdarg.h>
loat average(int n_value,...) //可变参数函数
{
va_list var_arg; //va_list类型变量用于访问参数列表中未定义的部分
int count;
float sum = 0;
va_start(var_arg,n_value); //va_start宏将var_arg指定为可变参数部分的第一个参数
for(count=0; count<n_value;count +=1){
sum += va_arg(var_arg,int); //va_arg返回var_arg的值,并指向参数列表中的下一个参数
}
va_end(var_arg); //访问完最后一个可变参数之后,调用va_end宏终止使用可变参数
return sum/n_value;
}
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