可变参数表函数的原理及实现(printf实现)

没事的时候，想一下printf，居然发现都不知道是怎么样的大概的原理。找到一篇文章，不过也加上一些自己的理解，写出此文。

原文地址：　http://www.cnblogs.com/liyou_blog/archive/2010/09/01/1814663.html

ANSI C中库函数printf的正确形式如下：

　　int printf(char *fmt, ...);

其中，省略号表示参数表的数量和类型是可变的。省略号只能出现在参数表的尾部。如何实现这样一个具有可变参数表的函数？在《The C programme Language》中实现了这样一个示例函数:

　　void minprintf(char *fmt, ...);

先看看它的实现方式，然后研究下它的实现原理，函数minprintf只处理格式字符串和参数，格式转换则通过调用函数printf实现。

代码

#include "stdarg.h"#include "stdio.h"

void minprintf(char *fmt, ...)
{
    va_list ap; //依次指向每个无名参数　//不要怕，va_list是一个宏，后面会说到，还有va_start, va_arg 和 va_end
    char *p, *sval;
    int ival;
    double dval;

    va_start(ap,fmt); //将ap指向第一个无名参数
    for (p = fmt; *p; p++)
    {
        if (*p != '%') 
        {
            putchar(*p);
            continue;
        }
        switch( *++p )
        {
            case 'd':
                ival = va_arg(ap,int);
                printf("%d",ival);
                break;
            case 'f':
                dval = va_arg(ap,double);
                printf("%f",dval);
                break;
            case 's':
                for (sval = va_arg(ap,char *); *sval; sval++)
                putchar(*sval);
                break;
            default:
                putchar(*p);
                break;
        }
    }
    va_end(ap);
}

上述代码中标准头文件“stdarg.h”中包含一组宏定义如下，它们对如何遍历参数表进行了定义。该头文件的实现因机器的不同而不同，但提供的接口是一致的。

typedef char* va_list;
void va_start ( va_list ap, prev_param ); /* ANSI version */
type va_arg ( va_list ap, type ); 
void va_end ( va_list ap );

　　va_list 其实是一个字符指针类型，代码中声明一个变量。该变量将依次引用各参数。代码中声明此类型的变量为ap, 即“参数指针”。宏va_start将ap初始化为指向第一个无名参数的指针。第一个参数是 ap 本身，第二个参数是在变参表前面紧挨着的一个变量,即“...”之前的那个参数；在使用ap之前，该宏必须被调用一次。参数表必须至少包括一个有名参数（即“char *fmt”）,va_start将最后一个有名参数作为起点。

　　然后调用va_arg获取参数，它的第一个参数是ap，第二个参数是要获取的参数的指定类型，然后返回这个指定类型的值，并且把 ap 的位置指向变参表的下一个变量位置；
　　最后获取所有的参数之后，我们有必要将这个 ap 指针关掉，以免发生问题，方法是调用 va_end，它将输入的参数 ap 置为 NULL。

 

函数参数的传递原理

函数参数是以数据结构以栈的形式存取,从右至左依次入栈。参数存放在内存的栈空间中，在执行函数的时候，从最后一个开始入栈。栈底高地址，栈顶低地址，举例如下：
对于函数 void foo(int x, float y, char z);
那么，调用函数的时候，实参 char z 先进栈，然后是 float y，最后是 int x，因此在内存中变量的存放次序是 x->y->z（从低地址到高地址的顺序），因此，只要知道任意一个变量的地址，并且知道其他变量的类型（这样才能正确的实现指针移位运算），可以顺藤摸瓜找到其他的输入变量。一段验证性的示例代码如下，输出会为1，2，3，4，

代码

void fun(int a, ...)
{
    int i;
    int *temp = &a;
    temp++;
    for (i=0 ; i<a; ++i)
    {
        printf("%d ,",*temp);
        temp++;
    }
}

int main()
{
    int a = 1;
    int b = 2;
    int c = 3;
    int d = 4;
    fun(4,a,b,c,d);
    return 0;
}

最后，利用可变参数表，实现一个实践中使用的函数：

int max(int nNum, ...)
{
	va_list ap;
	va_start(ap, nNum);//初始化ap
	
	int maxNum = va_arg(ap, int);//得到最大的第一个数据

	int num;
	for(int i = 1; i < nNum; i++)//
	{
		num = va_arg(ap, int); //得到下一个元素
		if(num > maxNum)
		{
			maxNum = num;
		}
	}

	va_end(ap);
	return maxNum;


}
int main()
{

	printf("%d", max(5, 20, 11, 23, 5, 10));
}

程序运行输出 ：  

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注意：

    由于宏定义来实现变长参数表，因此可能会出现这么一些问题：

   一. 由于是宏实现，不会对参数类型进行检查，参数很容易发生隐式的类型转换获取一个值(譬如输入一个float，

  　　却以int型去类型转化)，这样做会出现一些未曾预计的结果。

   二. 参数指针移动时容易出现越界访问，超出函数栈帧的实际范围，可能导致程序崩溃的运行时结果。