关于C语言可变参数

(一)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.

(二)可变参数在编程中要注意的问题

(1)问题：运行时才确定的参数

　　有没有办法写一个函数，这个函数参数的具体形式可以在运行时才确定？

　　答案与分析：

　　目前没有"正规"的解决办法，不过独门偏方倒是有一个，因为有一个函数已经给我们做出了这方面的榜样，那就是main()，它的原型是:

　　int main(int argc,char *argv[]);
函数的参数是argc和argv。

　　深入想一下，"只能在运行时确定参数形式"，也就是说你没办法从声明中看到所接受的参数，也即是参数根本就没有固定的形式。常用的办法是你可以通过定义一个void *类型的参数，用它来指向实际的参数区，然后在函数中根据根据需要任意解释它们的含义。这就是main函数中argv的含义，而argc，则用来表明实际的参数个数，这为我们使用提供了进一步的方便，当然，这个参数不是必需的。

　　虽然参数没有固定形式，但我们必然要在函数中解析参数的意义，因此，理所当然会有一个要求，就是调用者和被调者之间要对参数区内容的格式，大小，有效性等所有方面达成一致，否则南辕北辙各说各话就惨了。

(2)　　问题：可变长参数的传递

　　有时候，需要编写一个函数，将它的可变长参数直接传递给另外的函数，请问，这个要求能否实现？

　　答案与分析：

　　目前，你尚无办法直接做到这一点，但是我们可以迂回前进，首先，我们定义被调用函数的参数为va_list类型，同时在调用函数中将可变长参数列表转换为va_list，这样就可以进行变长参数的传递了。看如下所示：

　　void subfunc (char *fmt, va_list argp)

　　{

　　...

　　arg = va_arg (fmt, argp); /* 从argp中逐一取出所要的参数 */

　　...

　　}

　　void mainfunc (char *fmt, ...)

　　{

　　va_list argp;

　　va_start (argp, fmt); /* 将可变长参数转换为va_list */

　　subfunc (fmt, argp); /* 将va_list传递给子函数 */

　　va_end (argp);

　　...

　　}

(3)　　问题：可变长参数中类型为函数指针

　　我想使用va_arg来提取出可变长参数中类型为函数指针的参数，结果却总是不正确，为什么？

　　答案与分析：

　　这个与va_arg的实现有关。一个简单的、演示版的va_arg实现如下：

　　#define va_arg(argp, type) \

　　(*(type *)(((argp) += sizeof(type)) - sizeof(type)))

　　其中，argp的类型是char *。

　　如果你想用va_arg从可变参数列表中提取出函数指针类型的参数，例如

　　int (*)()，则va_arg(argp, int (*)())被扩展为：

　　(*(int (*)() *)(((argp) += sizeof (int (*)())) -sizeof (int (*)())))

　　显然，（int (*)() *）是无意义的。

　　解决这个问题的办法是将函数指针用typedef定义成一个独立的数据类型，例如：

　　typedef int (*funcptr)()；

　　这时候再调用va_arg(argp, funcptr)将被扩展为：

　　(* (funcptr *)(((argp) += sizeof (funcptr)) - sizeof (funcptr)))

　　这样就可以通过编译检查了。

(4)　　问题：可变长参数的获取

　　有这样一个具有可变长参数的函数，其中有下列代码用来获取类型为float的实参：

　　va_arg (argp, float);

　　这样做可以吗？

　　答案与分析：

　　不可以。在可变长参数中，应用的是"加宽"原则。也就是float类型被扩展成double；char, short被扩展成int。因此，如果你要去可变长参数列表中原来为float类型的参数，需要用va_arg(argp, double)。对char和short类型的则用va_arg(argp, int)。

(5)　　问题：定义可变长参数的一个限制

　　为什么我的编译器不允许我定义如下的函数，也就是可变长参数，但是没有任何的固定参数？

　　int f (...)

　　{

　　...

　　}

　　答案与分析：

　　不可以。这是ANSI C 所要求的，你至少得定义一个固定参数。

　　这个参数将被传递给va_start()，然后用va_arg()和va_end()来确定所有实际调用时可变长参数的类型和值。

(6) 使用时注意:(对于ARM而言)

    当使用va_start(),va_arg()和va_end()确定参数时,应当在第一级函数中配合使用(因为可变参数一般不会做为参数再传递给子函数),而不应在第一级函数中使用va_start(),va_end(),而在子函数中使用va_arg(),即()原因如下:

va_start确保所有的可变参数进入堆栈且依序排列,而有可能在调用该可变参数的函数时,r0,r1,r2,r3含有可变参数,这样va_start会使寄存器中的可变参数入栈.