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C語言如何實現(xiàn)可變參數(shù)詳解

更新時間：2021年07月26日 11:41:28 作者：東垂小夫

這種可變參數(shù)可以說是C語言一個比較難理解的部分,下面這篇文章主要給大家介紹了關(guān)于C語言如何實現(xiàn)可變參數(shù)的相關(guān)資料,需要的朋友可以參考下

可變參數(shù)

可變參數(shù)是指函數(shù)的參數(shù)的數(shù)據(jù)類型和數(shù)量都是不固定的。

printf函數(shù)的參數(shù)就是可變的。這個函數(shù)的原型是：int printf(const char *format, ...)。

用一段代碼演示printf的用法。

// code-A
#include <stdio.h>
int main(int argc, char **argv)
{
   printf("a is %d, str is %s, c is %c\n", 23, "Hello, World;", 'A');
   printf("T is %d\n", 78);
   return 0;
}

在code-A中，第一條printf語句有4個參數(shù)，第二條printf語句有2個參數(shù)。顯然，printf的參數(shù)是可變的。

實現(xiàn)

代碼

code-A

先看兩段代碼，分別是code-A和code-B。

// file stack-demo.c

#include <stdio.h>

// int f(char *fmt, int a, char *str);
int f(char *fmt, ...);
int f2(char *fmt, void *next_arg);
int main(int argc, char *argv)
{
        char fmt[20] = "hello, world!";
        int a = 10;
        char str[10] = "hi";
        f(fmt, a, str);
        return 0;
}

// int f(char *fmt, int a, char *str)
int f(char *fmt, ...)
{
        char c = *fmt;
        void *next_arg = (void *)((char *)&fmt + 4);
        f2(fmt, next_arg);
        return 0;
}


int f2(char *fmt, void *next_arg)
{
        printf(fmt);
        printf("a is %d\n", *((int *)next_arg));
        printf("str is %s\n", *((char **)(next_arg + 4)));

        return 0;
}

編譯執(zhí)行，結(jié)果如下：

# 編譯
[root@localhost c]# gcc -o stack-demo stack-demo.c -g -m32
# 反匯編并把匯編代碼寫入dis-stack.asm中
[root@localhost c]# objdump -d stack-demo>dis-stack.asm
[root@localhost c]# ./stack-demo
hello, world!a is 10
str is hi

code-B

// file stack-demo.c

#include <stdio.h>

// int f(char *fmt, int a, char *str);
int f(char *fmt, ...);
int f2(char *fmt, void *next_arg);
int main(int argc, char *argv)
{
        char fmt[20] = "hello, world!";
        int a = 10;
        char str[10] = "hi";
     char str2[10] = "hello";
        f(fmt, a, str, str2);
        return 0;
}

// int f(char *fmt, int a, char *str)
int f(char *fmt, ...)
{
        char c = *fmt;
        void *next_arg = (void *)((char *)&fmt + 4);
        f2(fmt, next_arg);
        return 0;
}


int f2(char *fmt, void *next_arg)
{
        printf(fmt);
        printf("a is %d\n", *((int *)next_arg));
        printf("str is %s\n", *((char **)(next_arg + 4)));
     printf("str2 is %s\n", *((char **)(next_arg + 8)));

        return 0;
}

編譯執(zhí)行，結(jié)果如下：

# 編譯
[root@localhost c]# gcc -o stack-demo stack-demo.c -g -m32
# 反匯編并把匯編代碼寫入dis-stack.asm中
[root@localhost c]# objdump -d stack-demo>dis-stack.asm
[root@localhost c]# ./stack-demo
hello, world!a is 10
str is hi
str2 is hello

分析

在code-A中，調(diào)用f的語句是f(fmt, a, str);；在code-B中，調(diào)用f的語句是f(fmt, a, str, str2);。

很容易看出，int f(char *fmt, ...);就是參數(shù)可變的函數(shù)。

關(guān)鍵語句

實現(xiàn)可變參數(shù)的關(guān)鍵語句是：

char c = *fmt;
void *next_arg = (void *)((char *)&fmt + 4);
printf("a is %d\n", *((int *)next_arg));
printf("str is %s\n", *((char **)(next_arg + 4)));
printf("str2 is %s\n", *((char **)(next_arg + 8)));

&fmt是第一個參數(shù)的內(nèi)存地址。
next_arg是第二個參數(shù)的內(nèi)存地址。
next_arg+4、next_arg+8分別是第三個、第四個參數(shù)的內(nèi)存地址。

為什么

內(nèi)存地址的計算方法

先看一段偽代碼。這段偽代碼是f函數(shù)的對應(yīng)的匯編代碼。假設(shè)f有三個參數(shù)。當(dāng)然f也可以有四個參數(shù)或2個參數(shù)。我們用三個參數(shù)的情況來觀察一下f。

f:

; 入棧ebp

; 把ebp設(shè)置為esp

; ebp + 0 存儲的是 eip，由call f入棧

; ebp + 4 存儲的是舊ebp

; 第一個參數(shù)是 ebp + 8

; 第二個參數(shù)是 ebp + 12

; 第三個參數(shù)是 ebp + 16

; 函數(shù)f的邏輯

; 出棧ebp。ebp恢復(fù)成了剛進入函數(shù)之前的舊ebp

; ret

調(diào)用f的偽代碼是：

; 入棧第三個參數(shù)

; 入棧第二個參數(shù)

; 入棧第一個參數(shù)

; 調(diào)用f，把eip入棧

在匯編代碼中，第一個參數(shù)的內(nèi)存地址很容易確定，第二個、第三個還有第N個參數(shù)的內(nèi)存地址也非常容易確定。無法是在ebp的基礎(chǔ)上增加特定長度而已。

可是，我們只能確定，必定存在第一個參數(shù)，不能確定是否存在的二個、第三個還有第N個參數(shù)。沒有理由使用一個可能不存在的參數(shù)作為參照物、并且還要用它卻計算其他參數(shù)的地址。

第一個參數(shù)必定存在，所以，我們用它作為確定其他參數(shù)的內(nèi)存地址的參照物。

內(nèi)存地址

在f函數(shù)的C代碼中，&fmt是第一個參數(shù)占用的f的棧的元素的內(nèi)存地址，換句話說，是一個局部變量的內(nèi)存地址。

局部變量的內(nèi)存地址不能作為函數(shù)的返回值，卻能夠在本函數(shù)執(zhí)行結(jié)束前使用，包括在本函數(shù)調(diào)用的其他函數(shù)中使用。這就是在f2中仍然能夠使用fmt計算出來的內(nèi)存地址的原因。

難點

當(dāng)參數(shù)是int類型時，獲取參數(shù)的值使用*(int *)(next_arg)。

當(dāng)參數(shù)是char str[20]時，獲取參數(shù)的值使用*(char **)(next_arg + 4)。

為什么不直接使用next_arg、(next_arg + 4)呢？

分析*(int *)(next_arg)。

在32位操作系統(tǒng)中，任何內(nèi)存地址的值看起來都是一個32位的正整數(shù)?？墒沁@個正整數(shù)的值的類型并不是unsigned int，而是int *。

關(guān)于這點，我們可以在gdb中使用ptype確認(rèn)一下。例如，有一小段代碼int *a;*a = 5;，執(zhí)行ptype a，結(jié)果會是int *。

next_arg只是一個正整數(shù)，損失了它的數(shù)據(jù)類型，我們需要把數(shù)據(jù)類型補充進來。我們能夠把這個操作理解成”強制類型轉(zhuǎn)換“。

至于*(int *)(next_arg)前面的*，很容易理解，獲取一個指針指向的內(nèi)存中的值。

用通用的方式分析*(char **)(next_arg+4)。

因為是第三個參數(shù)，因此next_arg+4。
因為第三個參數(shù)的數(shù)據(jù)類型是char str[20]。根據(jù)經(jīng)驗，char str[20]對應(yīng)的指針是char *。
因為next_arg+4只是函數(shù)的棧的元素的內(nèi)存地址，在目標(biāo)元素中存儲的是一個指針。也就是說，next_arg+4是一個雙指針類型的指針。它最終又指向字符串，根據(jù)經(jīng)驗，next_arg+4的數(shù)據(jù)類型是char **。沒必要太糾結(jié)這一點。自己寫一個簡單的指向字符串的雙指針，使用gdb的ptype查看這種類型的數(shù)據(jù)類型就能驗證這一點。
最前面的*，獲取指針指向的數(shù)據(jù)。

給出一段驗證第3點的代碼。

char str[20] = "hello";
char *ptr = str;
// 使用gdb的ptype 打印 ptype &ptr

打印結(jié)果如下：

Breakpoint 1, main (argc=1, argv=0xffffd3f4) at point.c:13
13  char str7[20] = "hello";
(gdb) s
14  char *ptr = str7;
(gdb) s
19  int b = 7;
(gdb) p &str
$1 = (char **) 0xffffd2fc