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c/c++支持可变参数的函数

添加时间:2013-12-7
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副标题#e#

    一、为什么要使用可变参数的函数?

    一般我们编程的时候,函数中形式参数的数目通常是确定的,在调用时要依次给出与形式参数对应的所有实际参数。但在某些情况下希望函数的参数个数可以根据需要确定,因此c语言引入可变参数函数。这也是c功能强大的一个方面,其它某些语言,比如fortran就没有这个功能。

    典型的可变参数函数的例子有大家熟悉的printf()、scanf()等。

    二、c/c++如何实现可变参数的函数?

    为了支持可变参数函数,C语言引入新的调用协议, 即C语言调用约定 __cdecl . 采用C/C++语言编程的时候,默认使用这个调用约定。如果要采用其它调用约定,必须添加其它关键字声明,例如WIN32 API使用PASCAL调用约定,函数名字之前必须加__stdcall关键字。

    采用C调用约定时,函数的参数是从右到左入栈,个数可变。由于函数体不能预先知道传进来的参数个数,因此采用本约定时必须由函数调用者负责堆栈清理。举个例子:

 //C调用约定函数
   int __cdecl Add(int a, int b)
   {
      return (a + b);
   }

   函数调用:
   Add(1, 2);
   //汇编代码是:
   push        2            ;参数b入栈
   push        1            ;参数a入栈
   call        @Add         ;调用函数。其实还有编译器用于定位函数的表达式这里把它省略了
   add         esp,8        ;调用者负责清栈

    如果调用函数的时候使用的调用协议和函数原型中声明的不一致,就会导致栈错误,这是另外一个话题,这里不再细说。

    另外c/c++编译器采用宏的形式支持可变参数函数。这些宏包括va_start、va_arg和va_end等。之所以这么做,是为了增加程序的可移植性。屏蔽不同的硬件平台造成的差异。

    支持可变参数函数的所有宏都定义在stdarg.h 和 varargs.h中。例如标准ANSI形式下,这些宏的定义是:

 typedef char * va_list; //字符串指针

#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 )

    使用宏_INTSIZEOF是为了按照整数字节对齐指针,因为c调用协议下面,参数入栈都是整数字节(指针或者值)。

    三、如何定义这类的函数。

    可变参数函数在不同的系统下,采用不同的形式定义。

    1、用ANSI标准形式时,参数个数可变的函数的原型声明是:

    type funcname(type para1, type para2, ……);

    关于这个定义,有三点需要说明:

    一般来说,这种形式至少需要一个普通的形式参数,可变参数就是通过三个'.'来定义的。所以"……"不表示省略,而是函数原型的一部分。type是函数返回值和形式参数的类型。

    例如:

    int MyPrintf(char const* fmt, ……);

    但是,我们也可以这样定义函数:

    void MyFunc(……);

    但是,这样的话,我们就无法使用函数的参数了,因为无法通过上面所讲的宏来提取每个参数。所以除非你的函数代码中的确没有用到参数表中的任何参数,否则必须在参数表中使用至少一个普通参数。

    注意,可变参数只能位于函数参数表的最后。不能这样:

    void MyFunc(……, int i);

    2、采用与UNIX 兼容系统下的声明方式时,参数个数可变的函数原型是:

    type funcname(va_alist);

    但是要求函数实现的时候,函数名字后面必须加上va_dcl.例如:

 #i nclude <varargs.h>
int average( va_list );

void main( void )
{
   。。。//代码
}

/* UNIX兼容形式*/
int average( va_alist )
va_dcl
{
   。。。//代码
}

    这种形式不需要提供任何普通的形式参数。type是函数返回值的类型。va_dcl是对函数原型声明中参数va_alist的详细声明,实际是一个宏定义。根据平台的不同,va_dcl的定义稍有不同。

    在varargs.h中,va_dcl的定义后面已经包括了一个分号。因此函数实现的时候,va_dcl后不再需要加上分号了。

    3、采用头文件stdarg.h编写的程序是符合ANSI标准的,可以在各种操作系统和硬件上运行;而采用头文件varargs.h的方式仅仅是为了与以前的程序兼容,两种方式的基本原理是一致的,只是在语法形式上有一些细微的区别。 所以一般编程的时候使用stdarg.h.下面的所有例子代码都采用ANSI标准格式。

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    四、可变参数函数的基本使用方法

    下面通过若干例子,说明如何实现可变参数函数的定义和调用。

 //================================ 例子程序1 ===============
#i nclude < stdio.h >
#i nclude < string.h >
#i nclude < stdarg.h >

/* 函数原型声明,至少需要一个确定的参数,注意括号内的省略号 */
int demo( char *, ... );

void main( void )
{
demo("DEMO", "This", "is", "a", "demo!", "\0");
}

int demo( char *msg, ... )
{
va_list argp; /* 定义保存函数参数的结构 */
    int argno = 0; /* 纪录参数个数 */
    char *para; /* 存放取出的字符串参数 */

// 使用宏va_start, 使argp指向传入的第一个可选参数,
// 注意 msg是参数表中最后一个确定的参数,并非参数表中第一个参数
va_start( argp, msg );

    while (1)
{
//取出当前的参数,类型为char *
//如果不给出正确的类型,将得到错误的参数
para = va_arg( argp, char *);

     if ( strcmp( para, "\0") == 0 ) /* 采用空串指示参数输入结束 */
   break;
printf("参数 #%d 是: %s\n", argno, para);
     argno++;
    }
va_end( argp ); /* 将argp置为NULL */
    return 0;
}

//输出结果
参数 #0 是: This
参数 #1 是: is
参数 #2 是: a
参数 #3 是: demo!

注意到上面的例子没有使用第一个参数,下面的例子将使用所有参数

//================================ 例子程序2 ===============

#i nclude <stdio.h>
#i nclude <stdarg.h>
int average( int first, ... ); //输入若干整数,求它们的平均值

void main( void )
{
   /* 调用3个整数(-1表示结尾) */
   printf( "Average is: %d\n", average(2,3,4, -1));

   /*调用4个整数*/
   printf( "Average is: %d\n", average(5,7,9, 11,-1));

   /*只有结束符的调用*/
   printf( "Average is: %d\n", average(-1) );
}

/* 返回若干整数平均值的函数 */
int average( int first, ... )
{
   int count = 0, sum = 0, i = first;
   va_list marker;

   va_start( marker, first ); //初始化
   while( i != -1 )
   {
      sum += i; //先加第一个参数
      count++;
      i = va_arg( marker, int);//取下一个参数
   }
   va_end( marker );
   return( sum ? (sum / count) : 0 );
}

//输出结果
Average is: 3
Average is: 8
Average is: 0

    五、关于可变参数的传递问题

    有人问到这个问题,假如我定义了一个可变参数函数,在这个函数内部又要调用其它可变参数函数,那么如何传递参数呢?上面的例子都是使用宏va_arg逐个把参数提取出来使用,能否不提取,直接把它们传递给另外的函数呢?

    我们先看printf的实现:

 int __cdecl printf (const char *format, ...)
{
        va_list arglist;
        int buffing;
        int retval;

        va_start(arglist, format); //arglist指向format后面的第一个参数

...//不关心其它代码
        retval = _output(stdout,format,arglist); //把format格式和参数传递给output函数

...//不关心其它代码
        return(retval);
}

    我们先模仿这个函数写一个:

 #i nclude <stdio.h>
#i nclude <stdarg.h>

int mywrite(char *fmt, ...)
{
     va_list arglist;
     va_start(arglist, fmt);
     return printf(fmt,arglist);
}

void main()
{
int i=10, j=20;
char buf[] = "This is a test";
double f= 12.345;
mywrite("String: %s\nInt: %d, %d\nFloat :%4.2f\n", buf, i, j, f);
}

    运行一下看看,哈,错误百出。仔细分析原因,根据宏的定义我们知道 arglist是一个指针,它指向第一个可变的参数,但是所有的参数都位于栈中,所以arglist指向栈中某个位置,通过arglist的值,我们可以直接查看栈里面的内容:

    arglist -> 指向栈里面,内容包括

    0067FD78 E0 FD 67 00 //指向字符串"This is a test"

    0067FD7C 0A 00 00 00 //整数 i 的值

    0067FD80 14 00 00 00 //整数 j 的值

    0067FD84 71 3D 0A D7 //double 变量 f, 占用8个字节

    0067FD88 A3 B0 28 40

    0067FD8C 00 00 00 00

    如果直接调用 printf(fmt, arglist); 仅仅是把arglist指针的值0067FD78入栈,然后把格式字符串入栈,相当于调用:

    printf(fmt, 0067FD78);

    自然这样的调用肯定会出现错误。

    我们能不能逐个把参数提取出来,再传递给其它函数呢?先考虑一次性把所有参数传递进去的问题。

    如果调用的是系统库函数,这种情况下是不可能的。因为提取参数是在运行态,而参数入栈是在编译的时候确定的。无法让编译器预知运行态的事情给出正确的参数入栈代码。而我们在运行态虽然可以提取每个参数,但是无法将参数一次性全部压栈,即使使用汇编代码实现起来也是很困难的,因为不单是一个简单的push代码就可以做到。

    如果接受参数的函数也是我们自己写的,自然我们可以把arglist指针入栈,然后在函数中自己解析arglist指针里面的参数,逐个提取出来处理。但是这样做似乎没有什么意义,一方面,这个函数没有必要也做成可变参数函数,另一方面直接在第一个函数中解析参数,然后处理不是更简单么?

    我们唯一可以做到的是,逐个解析参数,然后循环中调用其它可变参数函数,每次传递一个参数。这里又有一个问题,就是参数表中的不可变参数的传递问题,有些情况下不能简单的传递,以上面的例子为例, 通常我们解析参数的同时,还需要解析格式字符串:

 #i nclude <windows.h>
#i nclude <stdio.h>
#i nclude <stdarg.h>

//测试一下这个,开个玩笑
void t(...)
{
printf("\n");
}

int mywrite(char *fmt, ...)
{
     va_list arglist;
     va_start(arglist, fmt);

char temp[255];
strcpy(temp, fmt); //Copy the Format string
char Format[255];

char *p = strchr(temp,'%');
int i=0;
int iParam;
double fParam;
while(p != NULL)
{
   while((*p<'a' || *p>'z') && (*p!=0) ) p++;
   if(*p == 0)break;
   p++;

   //格式字符串
   int nChar = p - temp;
   strncpy(Format,temp, nChar);
   Format[nChar] = 0;
   //参数
   if(Format[nChar-1] != 'f')
   {
    iParam = va_arg( arglist, int);
    printf(Format, iParam);
   }
   else
   {
    fParam = va_arg( arglist, double);
    printf(Format, fParam);
   }

   i++;
   if(*p == 0) break;
   strcpy(temp, p);
   p = strchr(temp, '%');
}
if(temp[0] != 0)
   printf(temp);

return i;

}

void main()
{
int i=10, j=20;
char buf[] = "This is a test";
double f= 123.456;
mywrite("String: %s\nInt: %d, %d\nFloat :%4.2f\nEnd", buf, i, j, f, 0);
t("aaa", i);
}

//输出:
String: This is a test
Int: 10, 20
Float :123.46
End

    当然这里的解析是不完善的。

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