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va_list(),va_start(),va_arg(),va_end() 詳細解析

更新時間：2013年09月18日 10:19:33 作者：

這些宏定義在stdarg.h中,所以用到可變參數(shù)的程序應(yīng)該包含這個頭文件.下面我們寫一個簡單的可變參數(shù)的函數(shù),該函數(shù)至少有一個整數(shù)參數(shù),第二個參數(shù)也是整數(shù),是可選的.函數(shù)只是打印這兩個參數(shù)的值

(一)寫一個簡單的可變參數(shù)的C函數(shù)

下面我們來探討如何寫一個簡單的可變參數(shù)的C函數(shù).寫可變參數(shù)的C函數(shù)要在程序中用到以下這些宏:

復(fù)制代碼代碼如下:

void va_start( va_list arg_ptr, prev_param );
type va_arg( va_list arg_ptr, type );
void va_end( va_list arg_ptr );

va在這里是variable-argument(可變參數(shù))的意思.
這些宏定義在stdarg.h中,所以用到可變參數(shù)的程序應(yīng)該包含這個頭文件.下面我們寫一個簡單的可變參數(shù)的函數(shù),該函數(shù)至少有一個整數(shù)參數(shù),第二個參數(shù)也是整數(shù),是可選的.函數(shù)只是打印這兩個參數(shù)的值.

復(fù)制代碼代碼如下:

void simple_va_fun(int i, ...)
{
va_listarg_ptr;
intj=0;

   va_start(arg_ptr, i);
   j=va_arg(arg_ptr, int);
   va_end(arg_ptr);
    printf("%d%d\n", i, j);
   return;
}

我們可以在我們的頭文件中這樣聲明我們的函數(shù):
extern void simple_va_fun(int i, ...);
我們在程序中可以這樣調(diào)用:
simple_va_fun(100);
simple_va_fun(100,200);

從這個函數(shù)的實現(xiàn)可以看到,我們使用可變參數(shù)應(yīng)該有以下步驟:
1)首先在函數(shù)里定義一個va_list型的變量,這里是arg_ptr,這個變量是指向參數(shù)的指針.

2)然后用va_start宏初始化變量arg_ptr,這個宏的第二個參數(shù)是第一個可變參數(shù)的前一個參數(shù),是一個固定的參數(shù).

3)然后用va_arg返回可變的參數(shù),并賦值給整數(shù)j. va_arg的第二個參數(shù)是你要返回的參數(shù)的類型,這里是int型.

4)最后用va_end宏結(jié)束可變參數(shù)的獲取.然后你就可以在函數(shù)里使用第二個參數(shù)了.如果函數(shù)有多個可變參數(shù)的,依次調(diào)用va_arg獲取各個參數(shù).

如果我們用下面三種方法調(diào)用的話,都是合法的,但結(jié)果卻不一樣:
1)simple_va_fun(100);
結(jié)果是:100 -123456789(會變的值)
2)simple_va_fun(100,200);
結(jié)果是:100 200
3)simple_va_fun(100,200,300);
結(jié)果是:100 200
我們看到第一種調(diào)用有錯誤,第二種調(diào)用正確,第三種調(diào)用盡管結(jié)果正確,但和我們函數(shù)最初的設(shè)計有沖突.下面一節(jié)我們探討出現(xiàn)這些結(jié)果的原因和可變參數(shù)在編譯器中是如何處理的.

(二)可變參數(shù)在編譯器中的處理

我們知道va_start,va_arg,va_end是在stdarg.h中被定義成宏的, 由于
1)硬件平臺的不同
2)編譯器的不同
所以定義的宏也有所不同,下面以VC++中stdarg.h里x86平臺的宏定義摘錄如下('\'號表示折行):

復(fù)制代碼代碼如下:

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)

定義_INTSIZEOF(n)主要是為了某些需要內(nèi)存的對齊的系統(tǒng).C語言的函數(shù)是從右向左壓入堆棧的,圖(1)是函數(shù)的參數(shù)在堆棧中的分布位置.我們看到va_list被定義成char*,有一些平臺或操作系統(tǒng)定義為void*.再看va_start的定義,定義為
&v+_INTSIZEOF(v),而&v是固定參數(shù)在堆棧的地址,所以我們運行va_start(ap,v)以后,ap指向第一個可變參數(shù)在堆
棧的地址,如圖:

高地址
       |-----------------------------|
      |函數(shù)返回地址                 |
      |-----------------------------|
       |.......                     |
       |-----------------------------|
       |第n個參數(shù)(第一個可變參數(shù))     |
       |-----------------------------|<--va_start后ap指向
      |第n-1個參數(shù)(最后一個固定參數(shù)) |
      |-----------------------------|<--&v
低地址
              圖( 1 )

然后,我們用va_arg()取得類型t的可變參數(shù)值,以上例為int型為例,我們看一下va_arg取int型的返回值:
j= ( *(int*)((ap += _INTSIZEOF(int))-_INTSIZEOF(int)) );
首先ap+=sizeof(int),已經(jīng)指向下一個參數(shù)的地址了.然后返回ap-sizeof(int)的int*指針,這正是第一個可變參數(shù)在堆棧里的地址(圖2).然后用*取得這個地址的內(nèi)容(參數(shù)值)賦給j.

高地址
       |-----------------------------|
       |函數(shù)返回地址                  |
       |-----------------------------|
       |.......                      |
       |-----------------------------|<--va_arg后ap指向
       |第n個參數(shù)(第一個可變參數(shù))     |
       |-----------------------------|<--va_start后ap指向
       |第n-1個參數(shù)(最后一個固定參數(shù)) |
       |-----------------------------|<--&v
低地址
       圖( 2 )

最后要說的是va_end宏的意思,x86平臺定義為ap=(char*)0;使ap不再指向堆棧,而是跟NULL一樣.有些直接定義為((void*)0),這樣編譯器不會為va_end產(chǎn)生代碼,例如gcc在linux的x86平臺就是這樣定義的.

在這里大家要注意一個問題:由于參數(shù)的地址用于va_start宏,所以參數(shù)不能聲明為寄存器變量或作為函數(shù)或數(shù)組類型.

關(guān)于va_start, va_arg,va_end的描述就是這些了,我們要注意的是不同的操作系統(tǒng)和硬件平臺的定義有些不同,但原理卻是相似的.

(三)可變參數(shù)在編程中要注意的問題

因為va_start, va_arg,va_end等定義成宏,所以它顯得很愚蠢,可變參數(shù)的類型和個數(shù)完全在該函數(shù)中由程序代碼控制,它并不能智能地識別不同參數(shù)的個數(shù)和類型.

有人會問:那么printf中不是實現(xiàn)了智能識別參數(shù)嗎?那是因為函數(shù)printf是從固定參數(shù)format字符串來分析出參數(shù)的類型,再調(diào)用va_arg的來獲取可變參數(shù)的.也就是說,你想實現(xiàn)智能識別可變參數(shù)的話是要通過在自己的程序里作判斷來實現(xiàn)的.

另外有一個問題,因為編譯器對可變參數(shù)的函數(shù)的原型檢查不夠嚴格,對編程查錯不利.如果simple_va_fun()改為:

復(fù)制代碼代碼如下:

void simple_va_fun(int i, ...)
{
va_list arg_ptr;
char *s=NULL;

va_start(arg_ptr, i);
s=va_arg(arg_ptr, char*);
va_end(arg_ptr);
printf("%d %s\n", i, s);
return;
}

可變參數(shù)為char*型,當(dāng)我們忘記用兩個參數(shù)來調(diào)用該函數(shù)時,就會出現(xiàn)core dump(Unix)或者頁面非法的錯誤(window平臺).但也有可能不出錯,但錯誤卻是難以發(fā)現(xiàn),不利于我們寫出高質(zhì)量的程序.

以下提一下va系列宏的兼容性.
System V Unix把va_start定義為只有一個參數(shù)的宏:
va_start(va_list arg_ptr);
而ANSI C則定義為:
va_start(va_list arg_ptr, prev_param);
如果我們要用system V的定義,應(yīng)該用vararg.h頭文件中所定義的宏,ANSI C的宏跟systemV的宏是不兼容的,我們一般都用ANSI C,所以用ANSI C的定義就夠了,也便于程序的移植.

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