C语言的可变参数表函数的设计

企鹅博客 2019年8月11日13:31:44 评论 595

首先在介绍可变参数表函数的设计之前,我们先来介绍一下最经典的可变参数表printf函数的实现原理。
一、printf函数的实现原理
在C/C++中,对函数参数的扫描是从后向前的。C/C++的函数参数是通过压入堆栈的方式来给函数传参数的(堆栈是一种先进后出的数据结构),最先压入的参数最后出来,在计算机的内存中,数据有2块,一块是堆,一块是栈(函数参数及局部变量在这里),而栈是从内存的高地址向低地址生长的,控制生长的就是堆栈指针了,最先压入的参数是在最上面,就是说在所有参数的最后面,最后压入的参数在最下面,结构上看起来是第一个,所以最后压入的参数总是能够被函数找到,因为它就在堆栈指针的上方。printf的第一个被找到的参数就是那个字符指针,就是被双引号括起来的那一部分,函数通过判断字符串里控制参数的个数来判断参数个数及数据类型,通过这些就可算出数据需要的堆栈指针的偏移量了,下面给出printf("%d,%d",a,b);(其中a、b都是int型的)的汇编代码

  1. .section 
  2. .data 
  3. string out = "%d,%d" 
  • push b 
  • push a 
  • push $out 
  • call printf 

你会看到,参数是最后的先压入栈中,最先的后压入栈中,参数控制的那个字符串常量是最后被压入的,所以这个常量总是能被找到的。

二、可变参数表函数的设计

标准库提供的一些参数的数目可以有变化的函数。例如我们很熟悉的printf,它需要有一个格式串,还应根据需要为它提供任意多个“其他参数”。这种函数被称作“具有变长度参数表的函数”,或简称为“变参数函数”。我们写程序中有时也可能需要定义这种函数。要定义这类函数,就必须使用标准头文件<stdarg.h>,使用该文件提供的一套机制,并需要按照规定的定义方式工作。本节介绍这个头文件提供的有关功能,它们的意义和使用,并用例子说明这类函数的定义方法。

C中变长实参头文件stdarg.h提供了一个数据类型va-list和三个宏(va-start、va-arg和va-end),用它们在被调用函数不知道参数个数和类型时对可变参数表进行测试,从而为访问可变参数提供了方便且有效的方法。va-list是一个char类型的指针,当被调用函数使用一个可变参数时,它声明一个类型为va-list的变量,该变量用来指向va-arg和va-end所需信息的位置。下面给出va_list在C中的源码:

typedef char *  va_list

void va-start(va-list ap,lastfix)是一个宏,它使va-list类型变量ap指向被传递给函数的可变参数表中的第一个参数,在第一次调用va-arg和va-end之前,必须首先调用该宏。va-start的第二个参数lastfix是传递给被调用函数的最后一个固定参数的标识符。va-start使ap只指向lastfix之外的可变参数表中的第一个参数,很明显它先得到第一个参数内存地址,然后又加上这个参数的内存大小,就是下个参数的内存地址了。下面给出va_start在C中的源码:

  1. #define _INTSIZEOF(n)   ( (sizeof(n) + sizeof(int) - 1) & ~(sizeof(int) - 1) )  
  2. #define va_start(ap,v)  ( ap = (va_list)&v + _INTSIZEOF(v) )   //得到可变参数中第一个参数的首地址 

 type va-arg(va-list ap,type)也是一个宏,其使用有双重目的,第一个是返回ap所指对象的值,第二个是修改参数指针ap使其增加以指向表中下一个参数。va-arg的第二个参数提供了修改参数指针所必需的信息。在第一次使用va-arg时,它返回可变参数表中的第一个参数,后续的调用都返回表中的下一个参数,下面给出va_arg在C中的源码:

#define va_arg(ap,type)    ( *(type *)((ap += _INTSIZEOF(type)) - _INTSIZEOF(type)) )    //将参数转换成需要的类型,并使ap指向下一个参数 

在使用va-arg时,要注意第二个参数所用类型名应与传递到堆栈的参数的字节数对应,以保证能对不同类型的可变参数进行正确地寻址,比如实参依次为char型、char * 型、int型和float型时,在va-arg中它们的类型则应分别为int、char *、int和double.

void va-end(va-list ap)也是一个宏,该宏用于被调用函数完成正常返回,功能就是把指针ap赋值为0,使它不指向内存的变量。下面给出va_end在C中的源码:

#define va_end(ap)      ( ap = (va_list)0 ) 

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