C语言变长参数函数原理

变长参数函数概念

在很多日志 Log 函数的封装中，可以看到可变长参数函数。

C99中，出现了函数可变长参数特性，例如：printf 就可以接受任意长度的参数列表。看一下 printf 函数的定义：

int printf (const char* format, ...);

可以看到可变长参数除了有一个 format 固定外，其他参数的个数和类型就是可变的，用三个点 ... 作为参数占位符，代表变长参数。固定参数和可选参数共同构成变长参数函数的参数列表。

任何一个边长参数的函数都可以分为两部分：固定参数和可选参数。至少要有一个固定参数，其声明与普通函数参数声明相同。可选参数由于数目不定（0个或以上），声明时用 ... 表示。固定参数和可选参数共同构成变长参数函数的参数列表。

由于参数数目不定，使用可变长参数函数通常能缩短编码，灵活性和易用性较高。上面的 printf 函数除了 format 固定外，其他参数都可以变化。实际调用可以是如下方式：

printf("%d", i); 
printf("%s", s); 
printf("number is %d, string is:%s", i, s);

变长参数函数原理解析

C 语言中，使用 va_list 系列变长宏实现可变参数函数，va 开头代表 variable-argument（可变参数）。典型的用法如下：

//以固定参数的地址为起点依次确定各变参的内存起始地址
int VarArgFunc(int argcnt, ...)
{
    //定义va_list类型的指针pArgs，用于存储参数地址
    va_list pArgs;
    //该宏返回变参列表中的当前变参值并使pArgs指向列表中的下个变参。
    //该宏第二个参数是要返回的当前变参类型
    va_start(pArgs, argcnt);
    //若函数有多个可变参数，则依次调用va_arg宏获取各个变参
    int dwVal = va_arg(pArgs, int);
    //将指针pArgs置为无效，结束变参的获取
    va_end(pArgs);
}

仔细看代码中的注释说明。

Linux 在 varargs.h 头文件中定义变长宏，变参宏的定义和实现因操作系统、硬件平台及编译器而异(但原理相似)。

X86 平台的 VC6.0 编译器中，stdarg.h头文件内变参宏定义如下：

typedef char * va_list;

// 把 n 圆整 到 sizeof(int) 的倍数，
#define _INTSIZEOF(n)    ( (sizeof(n)+sizeof(int)-1) & ~(sizeof(int)-1) )

// 初始化 ap 指针，使其指向第一个可变参数。v 是变参列表的前一个参数
#define va_start(ap,v)    ( ap = (va_list)&v + _INTSIZEOF(v) )

// 该宏返回当前变参值,并使 ap 指向列表中的下个变参
#define va_arg(ap, type)    ( *(type *)((ap += _INTSIZEOF(type)) - _INTSIZEOF(type)) )

// /将指针 ap 置为无效，结束变参的获取
#define va_end(ap)    ( ap = (va_list)0 )

_INTSIZEOF(n)

_INTSIZEOF 宏考虑到某些系统需要内存地址对齐。从宏名看应按照 sizeof(int) 即栈粒度对齐，参数在内存中的地址均为 sizeof(int) = 4 的倍数。

例如，若 1≤sizeof(n)≤4，则 _INTSIZEOF(n)＝4；若 5≤sizeof(n)≤8，则_INTSIZEOF(n)=8。

va_start(ap, v)

va_start 宏首先根据 (va_list)&v 得到参数 v 在栈中的内存地址，加上 _INTSIZEOF(v) 即 v 所占内存大小后，使 ap 指向 v 的下一个参数。在使用的时候，一般用这个宏初始化 ap 指针，v 是变参列表的前一个参数，即最后一个固定参数，初始化的结果是 ap 指向第一个变参。

va_arg(ap, type)

这个宏取得 type 类型的可变参数值。首先 ap += _INTSIZEOF(type)，即 ap 跳过当前可变参数而指向下个变参的地址；然后 ap - _INTSIZEOF(type) 得到当前变参的内存地址，类型转换后解引用，最后返回当前变参值。

va_end(ap)

va_end 宏使 ap 不再指向有效的内存地址。该宏的某些实现定义为 ((void*)0)，编译时不会为其产生代码，调用与否并无区别。但某些实现中 va_end 宏用于在函数返回前完成一些必要的清理工作：如 va_start 宏可能以某种方式修改栈，导致返回操作无法完成，va_end 宏可将有关修改复原；又如 va_start 宏可能为参数列表动态分配内存以便于遍历，va_end 宏可释放此内存。因此，从使用 va_start 宏的函数中退出之前，必须调用一次 va_end 宏。

如下图理解可变宏函数：

变长参数函数实例

变参宏无法智能识别可变参数的数目和类型，因此实现变参函数时需自行判断可变参数的数目和类型。所以我们就要想一些办法，比如：

1. 显式提供变参数目或设定遍历结束条件。

2. 显式提供变参类型枚举值，或在固定参数中包含足够的类型信息（如printf函数通过分析format字符串即可确定各变参类型）。

3. 主调函数和被调函数可约定变参的数目和类型等。

例1：函数通过固定参数指定可变参数个数，打印所有变参值。

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

void parse_valist_by_num(int arg_cnt, ...);

int main(void)
{
    parse_valist_by_num(4, 1, 2, 3, 4);
    parse_valist_by_num(4, 1, 2, 3);
    parse_valist_by_num(4, 1, 2, 3, 4, 5); //多余的变参被忽略
}

//第一个参数定义可变参数的个数
void parse_valist_by_num(int arg_cnt, ...)
{

    va_list p_args;
    va_start(p_args, arg_cnt);

    int idx;
    int val;

    for (idx = 1; idx <= arg_cnt; ++idx)
    {
        val = va_arg(p_args, int);
        printf("第 %d 个参数: %d\n", idx, val);
    }
    printf("---------------\n");
    va_end(p_args);
}

运行结果：

$ ./test 
第 1 个参数: 1
第 2 个参数: 2
第 3 个参数: 3
第 4 个参数: 4
---------------
第 1 个参数: 1
第 2 个参数: 2
第 3 个参数: 3
第 4 个参数: 3440
---------------
第 1 个参数: 1
第 2 个参数: 2
第 3 个参数: 3
第 4 个参数: 4

例2：函数定义一个结束标记 (-1)，调用时通过最后一个参数传递该标记，打印标记前所有变参值。

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

void parse_valist_by_flag(int num_1, ...);

int main(void)
{
    parse_valist_by_flag(1, -1);
    parse_valist_by_flag(1, 2, 3, 5, -1);
    parse_valist_by_flag(-1);
}

//函数定义一个结束标记(-1)，调用时通过最后一个参数传递该标记，以结束变参的遍历打印。
//最后一个参数作为变参结束符(-1)，用于循环获取变参内容
void parse_valist_by_flag(int num_1, ...)
{
    va_list p_args;
    va_start(p_args, num_1);
    int idx = 0;
    int val = num_1;
    while (val != -1)
    {
        ++idx;
        printf("第 %d 个参数: %d\n", idx, val);
        val = va_arg(p_args, int); //得到下个变参值
    }
    va_end(p_args);
    printf("---------------\n");
}

变长参数函数注意事项

可变参数函数在编程中应注意以下问题：

1. 编译器对可变参数函数的原型检查不够严格，不利于编程查错。

2. va_arg(ap, type) 宏获取变参时，type 不可指定为以下类型：char、short、float

3. 在 C 语言中，调用不带原型声明或声明为变参的函数时，主调函数会在传递未显式声明的参数前对其执行缺省参数提升（default argument promotions），将提升后的参数值传递给被调函数。
   提升操作如下：
   float 类型的参数提升为 double 类型。
   char、short 和相应的 signed、unsigned 类型参数提升为 int 类型。
   若 int 类型不能容纳原值，则提升为 unsigned int 类型。

参考

• https://www.cnblogs.com/clover-toeic/p/3736748.html
• https://blog.youkuaiyun.com/longintchar/article/details/85490103