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
　　 #defineva_arg(ap,type)(*((type*)(ap))++)
　　 #defineva_start(ap,lastfix)(ap=…)
　　 #defineva_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>

intmul( intnum, intdata1, )
{
inttotal=data1;
intarg,i;
va_listap;
va_start(ap,data1);
for(i=1;i<num;i++)
{
arg=va_arg(ap,int);
total*=arg;
}
va_end(ap);
returntotal;
}

longmul2( inti, )
{
int*p,j;
p=&i+1;//p指向参数列表下一个位置
longs=*p;
for(j=1;j<i;j++)
s*=p[j];
returns;
}

intmain()
{
printf("%d\n",mul(3,2,3,5));
printf("%d\n",mul2(3,2,3,5));
return0;
}

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))
#defineva_start(ap,v)(ap=(va_list)&v+_INTSIZEOF(v))
#defineva_arg(ap,t)\
(*(t*)((ap+=_INTSIZEOF(t))-_INTSIZEOF(t)))
#defineva_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>

voidmyprintf( 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_listpArg;
charc;

//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;
}
intmain( intargc, char*argv[])
{
inti=1234;
intj=5678;

myprintf("thefirsttest:i=%d",i,j);
myprintf("thesecendtest:i=%f;%x;j=%d;",i,0xabcd,j);
system("pause");
return0;
}