C语言的变参函数设计

在C语言中，函数参数的传递方式有值传和址传.值传是把实参的一个专用的、临时的复制值给被调函数中相应的形参被调用函数使用、修改这个传来的复制值，不会影响实参的值.址传则是把变量(实参)的地址传给被调函数.被调函数通过这个地址找到该变量的存放位置，直接对该地址中存放的变量的内容进行存取操作.因此，在被调用函数中可以修改实参的值.这也是函数参数址传的优点.无论是值传还是址传，都要求实参的数目及类型与形参要完全一致.在一般的程序设计语言中，函数参数的数目及类型是不可变的.即函数被设计之后，只能接收已固定个数和固定类型的实参.这样在编译时，函数形参的存储空间便于确定.但是在C语言中，不但参数的类型可变，参数的个数也是可变的.也就是说，在形参表中可以不明确指定传递参数的个数和类型，一个常见的库函数Printf() 就是如此.这种函数称之为可变长参数函数(变参函数).可变长参数函数的参数数目和类型虽然是可变，但其设计原理与固定参数函数的设计原理是一致的，必须有办法告诉变参函数没有指定的参数的个数和类型。下面我们通过对可变长参数函数的理解和设计，在教学中更有助于加深掌握C语言函数设计的思想方法.利用其它语言所不具有的这一可变长参数功能，可以开发灵活、方便、简洁、功能强的程序模块.1，可变长参数函数的设计方法
　　在标准文件stdarg.h中包含带参数的宏定义

typedef void *va_list
　　#define va_arg(ap,type) (*((type *)(ap))++)
　　#define va_start(ap,lastfix) (ap=…)
　　#define va_end(ap)

(1) 可变长参数函数用规定格式定义为“类型函数名(firstfix,…,lastfix,…)”.firstfix,…,lastfix表示函数参数列表中的第一个和最后一个固定参数，该参数列表中至少要有一个固定参数，其作用是为了给变参函数确定列表中参数的个数和参数的类型.

(2) 指针类型va_list用来说明一个变量ap(argument pointer——可变参数指针)，此变量将依次引用可变参数列表中用省略号“…”代替的每一个参数.即指向将要操作的变参.

(3) 宏va_start (ap,lastfix)是为了初始化变参指针ap,以指向可变参数列表中未命名的第一个参数，即指向lastfix后的第一个变参.它必须在指针使用之前调用一次该宏，参数列表中至少有一个未命名的可变参数.从宏定义可知其正确性.

(4) 宏va_arg (ap,type)调用，将ap指向下一个可变参数，而ap的类型由type确定，type数据类型不使用float类型.调用后将新的变参可指向一个工作变参，如iap=va_start (ap,int)调用.

(5) 宏va_end (ap)从stdarg.h中看出定义为空，即未定义.其功能完成清除变量ap的作用，表明程序以后不再使用，若该指针变量需再使用，必须重新调用宏va_start 以启动该变量.

2，应用举例
　　利用上面讨论的一般可变长参数函数的设计方法，通过实例逐步分析其特点，以加深函数实参与形参一致性的理解.
2.1　变参类型相同的函数

#include <stdio.h>
#include <stdarg.h>

int mul(int num,int data1,)
{
    int total = data1;
    int arg,i;
    va_list ap;
    va_start(ap,data1);
    for(i=1;i<num;i++)
    {
        arg = va_arg(ap,int);
        total*=arg;
    }
    va_end(ap);
    return total;
}

long mul2(int i,)
{
  int *p,j;
  p = &i+1;//p指向参数列表下一个位置
  long s = *p;
  for (j=1;j<i;j++)
    s *= p[j];
   return s;
}

int main()
{
    printf("%d\n",mul(3,2,3,5));
    printf("%d\n",mul2(3,2,3,5));
    return 0;
}

    在该例中，for{…}循环中的ap指向的下一个变参类型皆为整型，所以变参类型相同，但变参个数不定.

2.2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.

#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
#include <stdarg.h>

void myprintf(char* fmt, )        //一个简单的类似于printf的实现，//参数必须都是int 类型
{
    //char* pArg=NULL;               //等价于原来的va_list
    va_list pArg;
    char c;
   
   // pArg = (char*) &fmt;          //注意不要写成p = fmt !!因为这里要对参数取址，而不是取值
  // pArg += sizeof(fmt);         //等价于原来的va_start         
    va_start(pArg,fmt);

    do
    {
        c =*fmt;
        if (c != '%')
        {
            putchar(c);            //照原样输出字符
        }
        else
        {//按格式字符输出数据
            switch(*++fmt)
            {
            case 'd':
                printf("%d",*((int*)pArg));           
                break;
            case 'x':
                printf("%#x",*((int*)pArg));
                break;
            case 'f':
                printf("%f",*((float*)pArg));
            default:
                break;
            }
            //pArg += sizeof(int);               //等价于原来的va_arg
            va_arg(pArg,int);
        }
        ++fmt;
    }while (*fmt != '\0');
    //pArg = NULL;                               //等价于va_end
    va_end(pArg);
    return;
}
int main(int argc, char* argv[])
{
    int i = 1234;
    int j = 5678;
   
    myprintf("the first test:i=%d",i,j);
    myprintf("the secend test:i=%f; %x;j=%d;",i,0xabcd,j);
    system("pause");
    return 0;
}

作者：洞庭散人

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