C++学习---变长参数（stdarg.h）的实现原理

时间：2022-12-04 13:58:18

引用

C++ 中对stdarg.h头文件进行了封装，该头文件实现了函数变长参数，能够在定义函数时不必完全指定参数个数，而编译器能够在代码编译时，拿到所有的参数，并进行相应的处理。

stdarg.h中定义了va_list类型，va_start/va_arg/va_end/va_copy4个宏，我们具体探究一下其实现原理。

变长参数定义与原理

定义

变长参数是C语言中的特殊参数形式，函数声明如下：

​​int printf(const char* format, ...)​​ 这样的声明表示，该函数除了第一个参数类型为const char*之外，后面可以追加任意数量和类型的参数；

在函数实现的过程中，我们使用stdarg.h中的宏来依次访问后续额外的参数。

使用方式

假设变长参数函数的最后一个具名参数（如上面的format）为lastarg，那么我们需要在函数实现中定义va_list类型的变量如下：

​​valist ap;​​

该变量后续将会指向每一个未知参数，首先我们需要使用va_start对ap进行初始化，注意，这里会用到lastarg:

​​va_start(ap, lastarg);​​

然后，我们使用va_arg来依次获取下一个不确定的参数，假设该参数的类型为T：

​​T next = va_arg(ap, T);​​

在函数结束之前，我们使用va_end清理现场：

​​va_end(ap)​​

实现原理

C语言中默认的cdecl调用惯例是自右往左压栈传递函数参数，例如函数（后面跟着count个整数，计算它们的和）

​​int sum(int count,...);​​

那么对应调用​​sum(3,1,2,5)​​，此时，在栈上面地址由低到高是3,1,2,5，这样，我们知道了第一个参数count的地址，那么也能够依次获知上面三个参数的地址，最后计算出结果：

int sum(int count,...){
    int* p = &count + 1;
    int ret_sum = 0;
    while(count--)
        ret_sum += *p++;
    return ret_sum;
}

但是，实际上的过程中，后续每一个参数的类型都不一样，我们需要增加的地址数也不一样，所以我们需要进行改进，使用void或者char指针替代明确的指针int*。

  • va_list是一个指针，选择void或char;
  • va_start将va_list指向最后一个具名参数后面的位置，即第一个不确定参数的位置；
  • va_arg获取当前参数的值，同时将指针指向下一个参数；
  • va_end将指针置为0。

所以，我们的宏这样定义：

#define va_list char*
#define va_start(ap,arg) (ap=(va_list)&arg+sizeof(arg))
#define va_arg(ap,t) (*(t*)((ap+=sizeof(t))-sizeof(t)))
#define va_end(ap) (ap=(va_list)0)

注意：

va_start中获取到arg地址后还要再加sizeof(arg)才是第一个不确定参数的位置；

va_arg中先将ap+=sizeof(t)，然后再减去sizeof(t)得到当前的参数，但不影响ap的递增。

例子如下：

void PrintFloats (int n, ...){
  int i;
  double val;
  printf ("Printing floats:");
  va_list vl;
  va_start(vl,n);
  for (i=0;i<n;i++)
  {
    val=va_arg(vl,double);
    printf (" [%.2f]",val);
  }
  va_end(vl);
  printf ("\n");
}

int main (){
  PrintFloats (3,3.14159,2.71828,1.41421);
  return 0;
}
//测试结果：
Printing floats: [3.14] [2.72] [1.41]
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