va_list、va_start、va_arg、va_en

先举一个例子：

#define bufsize 80
char buffer[bufsize];

/*
* 这个函数用来格式化带参数的字符串
*/
int vspf(char *fmt, ...)
{
va_list argptr; //声明一个转换参数的变量
int cnt;
va_start(argptr, fmt); //初始化变量  
cnt = vsnprintf(buffer,bufsize ,fmt, argptr);//将带参数的字符串按照参数列表格式化到buffer中
va_end(argptr); //结束变量列表,和va_start成对使用  
return(cnt);
}

int main(int argc, char* argv[])
{
int inumber = 30;
float fnumber = 90.0;
char string[4] = "abc";

vspf("%d %f %s", inumber, fnumber, string);

printf("%s\n", buffer);
return 0;
}

int main(int argc, char* argv[])
{
int inumber = 30;
float fnumber = 90.0;
char string[4] = "abc";

vspf("%d %f %s", inumber, fnumber, string);

printf("%s\n", buffer);
return 0;
}

下面我们来探讨如何写一个简单的可变参数的C函数.

写可变参数的C函数要在程序中用到以下这些宏:
void va_start( va_list arg_ptr, prev_param );

type va_arg( va_list arg_ptr, type );

void va_end( va_list arg_ptr );
va在这里是variable-argument(可变参数)的意思.
这些宏定义在stdarg.h中,所以用到可变参数的程序应该包含这个
头文件.下面我们写一个简单的可变参数的函数,改函数至少有一个整数
参数,第二个参数也是整数,是可选的.函数只是打印这两个参数的值.
void simple_va_fun(int i, ...)
{
va_list arg_ptr;
int j=0;

va_start(arg_ptr, i);
j=va_arg(arg_ptr, int);
va_end(arg_ptr);
printf("%d %d\n", i, j);
return;
}
我们可以在我们的头文件中这样声明我们的函数:
extern void simple_va_fun(int i, ...);
我们在程序中可以这样调用:
simple_va_fun(100);
simple_va_fun(100,200);
从这个函数的实现可以看到,我们使用可变参数应该有以下步骤:
1)首先在函数里定义一个va_list型的变量,这里是arg_ptr,这个变
量是指向参数的指针.
2)然后用va_start宏初始化变量arg_ptr,这个宏的第二个参数是第
一个可变参数的前一个参数,是一个固定的参数.
3)然后用va_arg返回可变的参数,并赋值给整数j. va_arg的第二个
参数是你要返回的参数的类型,这里是int型.
4)最后用va_end宏结束可变参数的获取.然后你就可以在函数里使
用第二个参数了.如果函数有多个可变参数的,依次调用va_arg获
取各个参数.
如果我们用下面三种方法调用的话,都是合法的,但结果却不一样:
1)simple_va_fun(100);
结果是:100 -123456789(会变的值)
2)simple_va_fun(100,200);
结果是:100 200
3)simple_va_fun(100,200,300);
结果是:100 200
我们看到第一种调用有错误,第二种调用正确,第三种调用尽管结果
正确,但和我们函数最初的设计有冲突.下面一节我们探讨出现这些结果
的原因和可变参数在编译器中是如何处理的.

可变参数在编译器中的处理

我们知道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('\'号表示折行):

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 )

定义_INTSIZEOF(n)主要是为了某些需要内存的对齐的系统.C语言的函
数是从右向左压入堆栈的,图(1)是函数的参数在堆栈中的分布位置.我
们看到va_list被定义成char*,有一些平台或操作系统定义为void*.再
看va_start的定义,定义为&v+_INTSIZEOF(v),而&v是固定参数在堆栈的
地址,所以我们运行va_start(ap, v)以后,ap指向第一个可变参数在堆
栈的地址,如图:

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,我们用va_arg()取得类型t的可变参数值,以上例为int型为例,我
们看一下va_arg取int型的返回值:
j= ( *(int*)((ap += _INTSIZEOF(int))-_INTSIZEOF(int)) );
首先ap+=sizeof(int),已经指向下一个参数的地址了.然后返回
ap-sizeof(int)的int*指针,这正是第一个可变参数在堆栈里的地址
(图2).然后用*取得这个地址的内容(参数值)赋给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.
在这里大家要注意一个问题: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.
关于va_start, va_arg, va_end的描述就是这些了,我们要注意的
是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.

可变参数在编程中要注意的问题

因为va_start, va_arg, va_end等定义成宏,所以它显得很愚蠢,
可变参数的类型和个数完全在该函数中由程序代码控制,它并不能智能
地识别不同参数的个数和类型.
有人会问:那么printf中不是实现了智能识别参数吗?那是因为函数
printf是从固定参数format字符串来分析出参数的类型,再调用va_arg
的来获取可变参数的.也就是说,你想实现智能识别可变参数的话是要通
过在自己的程序里作判断来实现的.
另外有一个问题,因为编译器对可变参数的函数的原型检查不够严
格,对编程查错不利.如果simple_va_fun()改为:
void simple_va_fun(int i, ...)
{
va_list arg_ptr;
char *s=NULL;

va_start(arg_ptr, i);
s=va_arg(arg_ptr, char*);
va_end(arg_ptr);
printf("%d %s\n", i, s);
return;
}
可变参数为char*型,当我们忘记用两个参数来调用该函数时,就会出现
core dump(Unix) 或者页面非法的错误(window平台).但也有可能不出
错,但错误却是难以发现,不利于我们写出高质量的程序.
以下提一下va系列宏的兼容性.
System V Unix把va_start定义为只有一个参数的宏:
va_start(va_list arg_ptr);
而ANSI C则定义为:
va_start(va_list arg_ptr, prev_param);
如果我们要用system V的定义,应该用vararg.h头文件中所定义的
宏,ANSI C的宏跟system V的宏是不兼容的,我们一般都用ANSI C,所以
用ANSI C的定义就够了,也便于程序的移植.

小结:
可变参数的函数原理其实很简单,而va系列是以宏定义来定义的,实
现跟堆栈相关.我们写一个可变函数的C函数时,有利也有弊,所以在不必
要的场合,我们无需用到可变参数.如果在C++里,我们应该利用C++的多
态性来实现可变参数的功能,尽量避免用C语言的方式来实现.

概述
由于在C语言中没有函数重载,解决不定数目函数参数问题变得比较麻烦;即使采用C++,如果参数个数不能确定,也很难采用函数重载.对这种情况,有些人采用指针参数来解决问题.下面就c语言中处理不定参数数目的问题进行讨论.
定义
大家先看几宏.
在VC++6.0的include有一个stdarg.h头文件,有如下几个宏定义:
#define _INTSIZEOF(n)   ((sizeof(n)+sizeof(int)-1)&~(sizeof(int) - 1) )
#define va_start(ap,v) ( ap = (va_list)&v + _INTSIZEOF(v) )           //第一个可选参数地址
#define va_arg(ap,t) ( *(t *)((ap += _INTSIZEOF(t)) - _INTSIZEOF(t)) ) //下一个参数地址
#define va_end(ap)    ( ap = (va_list)0 )                            // 将指针置为无效
如果对以上几个宏定义不理解,可以略过,接这看后面的内容.
参数在堆栈中分布,位置
在 进程中,堆栈地址是从高到低分配的.当执行一个函数的时候,将参数列表入栈,压入堆栈的高地址部分,然后入栈函数的返回地址,接着入栈函数的执行代码,这 个入栈过程,堆栈地址不断递减,一些黑客就是在堆栈中修改函数返回地址,执行自己的代码来达到执行自己插入的代码段的目的.
总之,函数在堆栈中的分布情况是:地址从高到低,依次是:函数参数列表,函数返回地址,函数执行代码段.
堆栈中,各个函数的分布情况是倒序的.即最后一个参数在列表中地址最高部分,第一个参数在列表地址的最低部分.参数在堆栈中的分布情况如下:
最后一个参数
倒数第二个参数
...
第一个参数
函数返回地址
函数代码段
示例代码
void arg_test(int i, ...);
int main(int argc,char *argv[])
{
 int int_size = _INTSIZEOF(int);
 printf("int_size=%d\n", int_size);
 arg_test(0, 4);
 
 arg_cnt(4,1,2,3,4);
 return 0;
}
void arg_test(int i, ...)
{
 int j=0;
 va_list arg_ptr;
 
 va_start(arg_ptr, i);
 printf("&i = %p\n", &i);//打印参数i在堆栈中的地址
 printf("arg_ptr = %p\n", arg_ptr);
 //打印va_start之后arg_ptr地址,
 //应该比参数i的地址高sizeof(int)个字节
 //这时arg_ptr指向下一个参数的地址
 
 j=*((int *)arg_ptr);
 printf("%d %d\n", i, j);
 j=va_arg(arg_ptr, int);
 printf("arg_ptr = %p\n", arg_ptr);
 //打印va_arg后arg_ptr的地址
 //应该比调用va_arg前高sizeof(int)个字节
 //这时arg_ptr指向下一个参数的地址
 va_end(arg_ptr);
 printf("%d %d\n", i, j);
}

代码说明:
int int_size = _INTSIZEOF(int);得到int类型所占字节数
 va_start(arg_ptr, i); 得到第一个可变参数地址,
根据定义(va_list)&v得到起始参数的地址, 再加上_INTSIZEOF(v) ,就是其实参数下一个参数的地址,即第一个可变参数地址.
j=va_arg(arg_ptr, int); 得到第一个参参数的值,并且arg_ptr指针上移一个_INTSIZEOF(int),即指向下一个可变参数的地址.
va_end(arg_ptr);置空arg_ptr,即arg_ptr=0;
总结:读取可变参数的过程其实就是堆栈中,使用指针,遍历堆栈段中的参数列表,从低地址到高地址一个一个地把参数内容读出来的过程.

在编程中应该注意的问题和解决办法
虽然可以通过在堆栈中遍历参数列表来读出所有的可变参数,但是由于不知道可变参数有多少个,什么时候应该结束遍历,如果在堆栈中遍历太多,那么很可能读取一些无效的数据.
解决办法:a.可以在第一个起始参数中指定参数个数,那么就可以在循环还中读取所有的可变参数;b.定义一个结束标记,在调用函数的时候,在最后一个参数中传递这个标记,这样在遍历可变参数的时候,可以根据这个标记结束可变参数的遍历;
下面是一段示例代码:
//第一个参数定义可选参数个数,用于循环取初参数内容
void arg_cnt(int cnt, ...);
int main(int argc,char *argv[])
{
 int int_size = _INTSIZEOF(int);
 printf("int_size=%d\n", int_size);
 arg_cnt(4,1,2,3,4);
 return 0;
}
void arg_cnt(int cnt, ...)
{
 int value=0;
 int i=0;
 int arg_cnt=cnt;
 va_list arg_ptr;
 va_start(arg_ptr, cnt);
 for(i = 0; i < cnt; i++)
 {
  value = va_arg(arg_ptr,int);
  printf("value%d=%d\n", i+1, value);
 }
}

虽然可以根据上面两个办法解决读取参数个数的问题,但是如果参数类型都是不定的,该怎么办,如果不知道参数的类型,即使读到了参数也没有办法进行处 理.解决办法:可以自定义一些可能出现的参数类型,这样在可变参数列表中,可以可变参数列表中的那类型,然后根据类型,读取可变参数值,并进行准确地转 换.传递参数的时候可以这样传递:参数数目,可变参数类型1,可变参数值1,可变参数类型2,可变参数值2,....
这里给出一个完整的例子:
#include
#include
const int INT_TYPE  = 100000;
const int STR_TYPE  = 100001;
const int CHAR_TYPE  = 100002;
const int LONG_TYPE  = 100003;
const int FLOAT_TYPE = 100004;
const int DOUBLE_TYPE = 100005;
//第一个参数定义可选参数个数,用于循环取初参数内容
//可变参数采用arg_type,arg_value...的形式传递,以处理不同的可变参数类型
void arg_type(int cnt, ...);
//第一个参数定义可选参数个数,用于循环取初参数内容
void arg_cnt(int cnt, ...);
//测试va_start,va_arg的使用方法,函数参数在堆栈中的地址分布情况
void arg_test(int i, ...);
int main(int argc,char *argv[])
{
 int int_size = _INTSIZEOF(int);
 printf("int_size=%d\n", int_size);
 arg_test(0, 4);
 
 arg_cnt(4,1,2,3,4);
 arg_type(2, INT_TYPE, 222, STR_TYPE, "ok,hello world!");
 return 0;
}
void arg_test(int i, ...)
{
 int j=0;
 va_list arg_ptr;
 
 va_start(arg_ptr, i);
 printf("&i = %p\n", &i);//打印参数i在堆栈中的地址
 printf("arg_ptr = %p\n", arg_ptr);
 //打印va_start之后arg_ptr地址,
 //应该比参数i的地址高sizeof(int)个字节
 //这时arg_ptr指向下一个参数的地址
 
 j=*((int *)arg_ptr);
 printf("%d %d\n", i, j);
 j=va_arg(arg_ptr, int);
 printf("arg_ptr = %p\n", arg_ptr);
 //打印va_arg后arg_ptr的地址
 //应该比调用va_arg前高sizeof(int)个字节
 //这时arg_ptr指向下一个参数的地址
 va_end(arg_ptr);
 printf("%d %d\n", i, j);
}
void arg_cnt(int cnt, ...)
{
 int value=0;
 int i=0;
 int arg_cnt=cnt;
 va_list arg_ptr;
 va_start(arg_ptr, cnt);
 for(i = 0; i < cnt; i++)
 {
  value = va_arg(arg_ptr,int);
  printf("value%d=%d\n", i+1, value);
 }
}
void arg_type(int cnt, ...)
{
 int arg_type = 0;
 int int_value=0;
 int i=0;
 int arg_cnt=cnt;
 char *str_value = NULL;
 va_list arg_ptr;
 va_start(arg_ptr, cnt);
 for(i = 0; i < cnt; i++)
 {
  arg_type = va_arg(arg_ptr,int);
  switch(arg_type)
  {
  case INT_TYPE:
   int_value = va_arg(arg_ptr,int);
   printf("value%d=%d\n", i+1, int_value);
   break;
  case STR_TYPE:
   str_value = va_arg(arg_ptr,char*);
   printf("value%d=%d\n", i+1, str_value);
   break;
  default:
   break;
  }
 }
}
以上是我个人的见解,不对的地方希望大家指正,发表看法,我不胜感谢!!!