深度探索C语言函数可变长参数

付笑

独立博客链接：http://www.keepsimply.org/2012/08/18/deep-explore-c-va-arg/
作者：独酌逸醉
时间：2012.08.18

一、基础部分1.1 什么是可变长参数可变长参数：顾名思义，就是函数的参数长度（数量）是可变的。比如 C 语言的 printf 系列的（格式化输入输出等）函数，都是参数可变的。下面是 printf 函数的声明：
int printf ( const char * format, ... );
可变参数函数声明方式都是类似的。
1.2 如何实现C语言可变参数通过三个宏（va_start、va_end、va_arg）和一个类型（va_list）实现的，
void va_start ( va_list ap, paramN );
参数：
ap: 可变参数列表地址
paramN: 确定的参数
功能：初始化可变参数列表（把函数在 paramN 之后的参数地址放到 ap 中）。
void va_end ( va_list ap );
功能：关闭初始化列表（将 ap 置空）。
type va_arg ( va_list ap, type );
功能：返回下一个参数的值。
va_list ：存储参数的类型信息。
好了，综合上面3个宏和一个类型可以猜出如何实现C语言可变长参数函数：用 va_start 获取参数列表（的地址）存储到 ap 中，用 va_arg 逐个获取值，最后用 va_arg 将 ap 置空。
1.3 举例

/* 作者：独酌逸醉
* 时间：2012.08.18
* 功能：用C语言实现变长参数小例：求和
* IDE: Microsoft Visual Studio 2010
*/

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

#define END -1

int va_sum (int first_num, ...)
{
// (1) 定义参数列表
va_list ap;
// (2) 初始化参数列表
va_start(ap, first_num);

int result = first_num;
int temp = 0;
// 获取参数值
while ((temp = va_arg(ap, int)) != END)
{
result += temp;
}

// 关闭参数列表
va_end(ap);

return result;
}

int main ()
{
int sum_val = va_sum(1, 2, 3, 4, 5, END);
printf ("%d", sum_val);
return 0;
}
 

1.4 使用注意事项

• 宏定义在 stdarg.h 中，所以使用时，不要忘了添加头文件。
• 设定一个参数结束标志（cplusplus 上说，va_arg 并不能确定哪个参数是最后一个参数）。
• 类型的匹配
• 期待您的补充……
  

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二、深入原理“源码面前，一览无遗”！
以下源码，来自“..\Microsoft Visual Studio 10.0\VC\include”

// stdarg.h 
#define va_start _crt_va_start 
#define va_arg _crt_va_arg 
#define va_end _crt_va_end 
// vadefs.h 
typedef char * va_list; 
#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 _ADDRESSOF(v) ( &(v) ) 
#define _INTSIZEOF(n) ( (sizeof(n) + sizeof(int) - 1) & ~(sizeof(int) - 1) ) 

除了 _INTSIZEOF 之外，其他都很好理解，举个例子吧：

/* 作者：独酌逸醉 
* 时间：2012.08.18 
* 功能：测试 _INTSIZEOF 宏 
* IDE: CodeBlocks 10.05 
*/

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


int main () 
{ 
int i = 1; 
float f = 0.0; 
printf("_INTSIZEOF(i) = %d\n", (int)(_INTSIZEOF(i))); 
printf("_INTSIZEOF(f) = %d\n", (int)(_INTSIZEOF(f))); 
printf("_INTSIZEOF("Hello,world") = %d\n", (int)(_INTSIZEOF("Hello,world"))); 
printf("sizeof("Hello,world") = %d\n", sizeof("Hello,world") ); 
return 0; 
} 

输出结果：

_INTSIZEOF(i) = 4 
_INTSIZEOF(f) = 4 
_INTSIZEOF("Hello,world") = 12 
sizeof("Hello,world") = 12 

既然 sizeof 和 _INTSIZEOF 值一样，为什么不直接用 sizeof 呢？干嘛要写的那么复杂？答案是为了字节对齐（无论32位还是64位机器，sizeof(int)永远代表机器的位数，明白了吧！^_^）
现在再去看变长参数的实现：其实就是把参数在栈中的地址记录到 ap 中（通过一个确定参数 paramN 确定地址），然后逐个读取值。
此时是否有一种豁然开朗的感觉？至少明白了许多，也清楚了很多。

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三、知识扩展可能大家也猜到了，我扩展要扩展什么了？！^_^
简单介绍两种函数调用约定__stdcall （C++默认）

• 参数从右向左压入堆栈
• 函数被调用者修改堆栈
• 函数名(在编译器这个层次)自动加前导的下划线，后面紧跟一个@符号，其后紧跟着参数的尺寸
  

__cdecl （C语言默认）

• 参数从右向左压入堆栈
• 参数由调用者清楚，手动清栈，被调用函数不会要求调用者传递多少参数，调用者传递过多或者过少的参数，甚至完全不同的参数都不会产生编译阶段的错误。
  

那么，变参函数的调用方式为（也只能是）：__cdecl 。
本来打算多写一点扩展的，又担心会文不符题，所以感兴趣的朋友可以去看参考资料中的文章，有一些介绍的很详细。

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参考资料

• http://www.cplusplus.com/reference/clibrary/cstdarg/va_start/
• http://www.cplusplus.com/reference/clibrary/cstdarg/va_end/
• http://www.cplusplus.com/reference/clibrary/cstdarg/va_list/
• http://www.cplusplus.com/reference/clibrary/cstdarg/va_arg/
• http://51hired.com/questions/13278?sort=oldest
• http://www.cnblogs.com/diyunpeng/archive/2010/01/09/1643160.html
• http://blog.csdn.net/huanjieshuijing/article/details/5822942
• http://baike.baidu.com/view/1280676.htm