可變參數表函數的原理及實現(printf實現)

沒事的時候，想一下printf，居然發現都不知道是怎麼樣的大概的原理。找到一篇文章，不過也加上一些自己的理解，寫出此文。

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

ANSI C中庫函數printf的正確形式如下：

　　int printf(char *fmt, ...);

其中，省略符號表示參數表的數量和類型是可變的。省略符號只能出現在參數表的尾部。如何?這樣一個具有可變參數表的函數？在《The C programme Language》中實現了這樣一個樣本函數:

　　void minprintf(char *fmt, ...);

先看看它的實現方式，然後研究下它的實現原理，函數minprintf只處理格式字串和參數，格式轉換則通過調用函數printf實現。

代碼#include "stdarg.h"#include "stdio.h"void minprintf(char *fmt, ...){    va_list ap; //依次指向每個無名參數　//不要怕，va_list是一個宏，後面會說到，還有va_start, va_arg 和 va_end    char *p, *sval;    int ival;    double dval;    va_start(ap,fmt); //將ap指向第一個無名參數    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);}

上述代碼中標準標頭檔“stdarg.h”中包含一組宏定義如下，它們對如何遍曆參數表進行了定義。該標頭檔的實現因機器的不同而不同，但提供的介面是一致的。

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 其實是一個字元指標類型，代碼中聲明一個變數。該變數將依次引用各參數。代碼中聲明此類型的變數為ap, 即“參數指標”。宏va_start將ap初始化為指向第一個無名參數的指標。第一個參數是 ap 本身，第二個參數是在變參表前面緊挨著的一個變數,即“...”之前的那個參數；在使用ap之前，該宏必須被調用一次。參數表必須至少包括一個有名參數（即“char *fmt”）,va_start將最後一個有名參數作為起點。

　　然後調用va_arg擷取參數，它的第一個參數是ap，第二個參數是要擷取的參數的指定類型，然後返回這個指定類型的值，並且把 ap 的位置指向變參表的下一個變數位置；
　　最後擷取所有的參數之後，我們有必要將這個 ap 指標關掉，以免發生問題，方法是調用 va_end，它將輸入的參數 ap 置為 NULL。

 

函數參數的傳遞原理

函數參數是以資料結構以棧的形式存取,從右至左依次入棧。參數存放在記憶體的棧空間中，在執行函數的時候，從最後一個開始入棧。棧底高地址，棧頂低地址，舉例如下：
對於函數 void foo(int x, float y, char z);
那麼，調用函數的時候，實參 char z 先進棧，然後是 float y，最後是 int x，因此在記憶體中變數的存放次序是 x->y->z（從低地址到高地址的順序），因此，只要知道任意一個變數的地址，並且知道其他變數的類型（這樣才能正確的實現指標移位元運算），可以順藤摸瓜找到其他的輸入變數。一段驗證性的範例程式碼如下，輸出會為1，2，3，4，

代碼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;}

最後，利用可變參數表，實現一個實踐中使用的函數：

int max(int nNum, ...){va_list ap;va_start(ap, nNum);//初始化apint maxNum = va_arg(ap, int);//得到最大的第一個資料int num;for(int i = 1; i < nNum; i++)//{num = va_arg(ap, int); //得到下一個元素if(num > maxNum){maxNum = num;}}va_end(ap);return maxNum;}int main(){printf("%d", max(5, 20, 11, 23, 5, 10));}

程式運行輸出 ：  

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注意：

    由於宏定義來實現變長參數表，因此可能會出現這麼一些問題：

   一. 由於是宏實現，不會對參數類型進行檢查，參數很容易發生隱式的類型轉換擷取一個值(譬如輸入一個float，

  　　卻以int型去類型轉化)，這樣做會出現一些未曾預計的結果。

   二. 參數指標移動時容易出現越界訪問，超出函數棧幀的實際範圍，可能導致程式崩潰的運行時結果。