一、什么是可變參數(shù)
我們?cè)贑語(yǔ)言編程中有時(shí)會(huì)遇到一些參數(shù)個(gè)數(shù)可變的函數(shù),例如printf()函數(shù),其函數(shù)原型為:
int printf( const char* format, ...);
它除了有一個(gè)參數(shù)format固定以外,后面跟的參數(shù)的個(gè)數(shù)和類(lèi)型是可變的（用三個(gè)點(diǎn)"…"做參數(shù)占位符）,實(shí)際調(diào)用時(shí)可以有以下的形式:
printf("%d",i);
printf("%s",s);
printf("the number is %d ,string is:%s", i, s);
以上這些東西已為大家所熟悉。但是究竟如何寫(xiě)可變參數(shù)的C函數(shù)以及這些可變參數(shù)的函數(shù)編譯器是如何實(shí)現(xiàn)，這個(gè)問(wèn)題卻一直困擾了我好久。本文就這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行一些探討,希望能對(duì)大家有些幫助.
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(tái)的不同 2)編譯器的不同,所以定義的宏也有所不同,下面看一下VC++6.0中stdarg.h里的代碼（文件的路徑為VC安裝目錄下的\vc98\include\stdarg.h）
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 )
下面我們解釋這些代碼的含義：
1、首先把va_list被定義成char*，這是因?yàn)樵谖覀兡壳八玫腜C機(jī)上，字符指針類(lèi)型可以用來(lái)存儲(chǔ)內(nèi)存單元地址。而在有的機(jī)器上va_list是被定義成void*的
2、定義_INTSIZEOF(n)主要是為了某些需要內(nèi)存的對(duì)齊的系統(tǒng).這個(gè)宏的目的是為了得到最后一個(gè)固定參數(shù)的實(shí)際內(nèi)存大小。在我的機(jī)器上直接用sizeof運(yùn)算符來(lái)代替，對(duì)程序的運(yùn)行結(jié)構(gòu)也沒(méi)有影響。（后文將看到我自己的實(shí)現(xiàn)）。
3、va_start的定義為 &v+_INTSIZEOF(v) ,這里&v是最后一個(gè)固定參數(shù)的起始地址，再加上其實(shí)際占用大小后，就得到了第一個(gè)可變參數(shù)的起始內(nèi)存地址。所以我們運(yùn)行va_start(ap, v)以后,ap指向第一個(gè)可變參數(shù)在的內(nèi)存地址,有了這個(gè)地址，以后的事情就簡(jiǎn)單了。
這里要知道兩個(gè)事情：
⑴在intel+windows的機(jī)器上，函數(shù)棧的方向是向下的，棧頂指針的內(nèi)存地址低于棧底指針，所以先進(jìn)棧的數(shù)據(jù)是存放在內(nèi)存的高地址處。
(2)在VC等絕大多數(shù)C編譯器中，默認(rèn)情況下，參數(shù)進(jìn)棧的順序是由右向左的，因此，參數(shù)進(jìn)棧以后的內(nèi)存模型如下圖所示：最后一個(gè)固定參數(shù)的地址位于第一個(gè)可變參數(shù)之下，并且是連續(xù)存儲(chǔ)的。
|--------------------------|
| 最后一個(gè)可變參數(shù) | ->高內(nèi)存地址處
|--------------------------|
|--------------------------|
| 第N個(gè)可變參數(shù) | ->va_arg(arg_ptr,int)后arg_ptr所指的地方,
| | 即第N個(gè)可變參數(shù)的地址。
|--------------- |
|--------------------------|
| 第一個(gè)可變參數(shù) | ->va_start(arg_ptr,start)后arg_ptr所指的地方
| | 即第一個(gè)可變參數(shù)的地址
|--------------- |
|------------------------ --|
| |
| 最后一個(gè)固定參數(shù) | -> start的起始地址
|-------------- -| .................
|-------------------------- |
| |
|--------------- | -> 低內(nèi)存地址處
(4) va_arg():有了va_start的良好基礎(chǔ)，我們?nèi)〉昧说谝粋€(gè)可變參數(shù)的地址，在va_arg()里的任務(wù)就是根據(jù)指定的參數(shù)類(lèi)型取得本參數(shù)的值，并且把指針調(diào)到下一個(gè)參數(shù)的起始地址。
因此，現(xiàn)在再來(lái)看va_arg()的實(shí)現(xiàn)就應(yīng)該心中有數(shù)了：
#define va_arg(ap,t) ( *(t *)((ap += _INTSIZEOF(t)) - _INTSIZEOF(t)) )
這個(gè)宏做了兩個(gè)事情，
①用用戶輸入的類(lèi)型名對(duì)參數(shù)地址進(jìn)行強(qiáng)制類(lèi)型轉(zhuǎn)換，得到用戶所需要的值
②計(jì)算出本參數(shù)的實(shí)際大小，將指針調(diào)到本參數(shù)的結(jié)尾，也就是下一個(gè)參數(shù)的首地址，以便后續(xù)處理。
(5)va_end宏的解釋：x86平臺(tái)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(huì)為va_end產(chǎn)生代碼,例如gcc在linux的x86平臺(tái)就是這樣定義的. 在這里大家要注意一個(gè)問(wèn)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(lèi)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(tái)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(wèn)題
因?yàn)関a_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(lèi)型和個(gè)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(shí)別不同參數(shù)的個(gè)數(shù)和類(lèi)型. 有人會(huì)問(wèn):那么printf中不是實(shí)現(xiàn)了智能識(shí)別參數(shù)嗎?那是因?yàn)楹瘮?shù) printf是從固定參數(shù)format字符串來(lái)分析出參數(shù)的類(lèi)型,再調(diào)用va_arg 的來(lái)獲取可變參數(shù)的.也就是說(shuō),你想實(shí)現(xiàn)智能識(shí)別可變參數(shù)的話是要通過(guò)在自己的程序里作判斷來(lái)實(shí)現(xiàn)的. 例如，在C的經(jīng)典教材《the c programming language》的7.3節(jié)中就給出了一個(gè)printf的可能實(shí)現(xiàn)方式，由于篇幅原因這里不再敘述。
四、小結(jié):
1、標(biāo)準(zhǔn)C庫(kù)的中的三個(gè)宏的作用只是用來(lái)確定可變參數(shù)列表中每個(gè)參數(shù)的內(nèi)存地址，編譯器是不知道參數(shù)的實(shí)際數(shù)目的。
2、在實(shí)際應(yīng)用的代碼中，程序員必須自己考慮確定參數(shù)數(shù)目的辦法，如
⑴在固定參數(shù)中設(shè)標(biāo)志-- printf函數(shù)就是用這個(gè)辦法。后面也有例子。
⑵在預(yù)先設(shè)定一個(gè)特殊的結(jié)束標(biāo)記，就是說(shuō)多輸入一個(gè)可變參數(shù)，調(diào)用時(shí)要將最后一個(gè)可變參數(shù)的值設(shè)置成這個(gè)特殊的值，在函數(shù)體中根據(jù)這個(gè)值判斷是否達(dá)到參數(shù)的結(jié)尾。本文前面的代碼就是采用這個(gè)辦法.
無(wú)論采用哪種辦法，程序員都應(yīng)該在文檔中告訴調(diào)用者自己的約定。
3、實(shí)現(xiàn)可變參數(shù)的要點(diǎn)就是想辦法取得每個(gè)參數(shù)的地址，取得地址的辦法由以下幾個(gè)因素決定：
①函數(shù)棧的生長(zhǎng)方向
②參數(shù)的入棧順序
③CPU的對(duì)齊方式
④內(nèi)存地址的表達(dá)方式
結(jié)合源代碼，我們可以看出va_list的實(shí)現(xiàn)是由④決定的，_INTSIZEOF(n)的引入則是由③決定的，他和①②又一起決定了va_start的實(shí)現(xiàn)，最后va_end的存在則是良好編程風(fēng)格的體現(xiàn)，將不再使用的指針設(shè)為NULL,這樣可以防止以后的誤操作。
4、取得地址后，再結(jié)合參數(shù)的類(lèi)型，程序員就可以正確的處理參數(shù)了。理解了以上要點(diǎn)，相信稍有經(jīng)驗(yàn)的讀者就可以寫(xiě)出適合于自己機(jī)器的實(shí)現(xiàn)來(lái)。
