C語言可變參數函數執行原理以應用

參數可變函數又稱VA函數，例如printf,scanf,exec。

1.舉例：

//fun:列印n後面參數的值

void fun(int n, ...);

int main()

{

     int part1 = 128;

     int part2 = 256;

     int part3 = 512;

     fun(part1, part2, part3);

     return 0;

}

void fun(int part1, ...)

{

     int *p = &part1; //擷取part1的地址

     printf("%d\n", *++p);//列印part2的值

     printf("%d\n", *++p);//列印part3的值

}

C預設的函數調用規範是_cdecl，即所有參數從右至左依次入棧，嚴格的fun聲明應該是：

void _cdecl fun(int n, ...);

在main中，調用fun函數前先將參數入棧，入棧的順序是：

push part3

push part2

push part1

然後調用fun，執行函數體代碼。

先壓棧的參數會放在高地址，因為棧是由高地址往低地址生長的，所以part1,part2,part3在記憶體中的順序將會是：

0xFE6C part3

0xFE70 part2

0xFE74 part1

這樣可以通過取得第一個參數的地址&part1和++操作分別訪問到後面的參數，但這必須是_cdecl函數調用規範，例如printf系列的庫函數(sprintf,fprintf)都是可以接受可變參數的函數。假設有下面一條語句：

printf("%d %d %d\n", m, n, k);

可以看出，我們可以通過第一個參數得到參數的個數（格式符的數目）和類型（例如%d），這就是為什麼printf("%d %d\n", m, n, k)可以成功執行，而printf("%d %d %d\n", m, n)會失敗的原因了。傳遞的參數如果多于格式符的個數可以忽略掉(在Linux下能正常執行)，但是少於就會出現訪問越界(Linux下會警示告，但是仍然正常執行，越界的參數會是個隨機值)。（執行自己程式的時候記得加./，例如./a.out）

2.採用varargs宏來編寫支援可變參數列表的函數，在ASCI C標準裡，這些宏包含在stdarg.h。

例如以下代碼：

#include <stdio.h>

#include <stdarg.h>

void _cdecl fun(int n, ...);//可以不加_cdecl

int main(int argc, char *argv[])

{

     int part1 = 128;

     int part2 = 256;

     int part3 = 512;

     fun(part1, part2, part3);

     return 0;

}

void fun(int n, ...)

{

     va_list ap;

     va_start(ap, n);

     printf("%d\n", va_arg(ap, int));

     printf("%d\n", va_arg(ap, int));

     va_end(ap);

}

在Microsoft為VC提供的實現中，可以看到這樣的定義：

#define _ADDRESSOF(v) (&(v))

#define _INTSIZEOF(n) ((sizeof(n) + sizeof(int) - 1) & ~(sizeof(int) - 1))

typedef char* va_list;

#define va_start(ap,v) ( ap = (va_list)_ADDRESSOF(v) + _INTSIZEOF(v) )//ap指向v下一個參數的地址

#define va_arg(ap,t) (*(t*)( (ap += _INTSIZEOF(t)) -  _INTSIZEOF(t)) )   //ap指向下一個參數的地址，但是返回的還    //是這個參數的值

#define va_end(ap) ( ap = (va_list)0 )

va_list 一個char型指標，每次單個位元組定址。

va_start 通過_INTSIZEOF計算參數類型大小，並讓ap獲得v後面參數對象的地址

va_arg ap指向參數列表中ap下一個參數對象，並返回ap之前指向的t型別參數對象

其中_INTSIZEOF(n)就是將n的長度化為int長度的整數倍。如果n是char類型，那麼sizeof(n)=1，化為int長度的整數倍就應該是4，假設sizeof(n)=4m+k(m>=0,k=0,1,2,3)，sizeof(n)+4-1=4m+(k+3),~(sizeof(int)-1)=~(4-1)=~(00000011b)=11111100b,這樣任何數&~(sizeof(int)-1)後，後兩位肯定是0，那就是4的倍數了，(4m+(k+3))&~(sizeof(int)-1)可以保證能存放4m+k。

將這些宏還原重寫fun函數：

void fun(int part1, ...)

{

     int part2, part3;

     char *ap;//va_list ap;

     ap = (char *)&part1+4;//va_start(ap, part1), ap指向part2

     part2 = *(int *)(ap+=4 - 4);//返回part2，ap指向part3，part2=va_arg(ap,int)

     part3 = *(int *)(ap+=4 - 4);//返回part2，ap指向part3，part3=va_arg(ap,int)

     ap=(char *)0;//ap指向空，var_end(ap)

}

若part2為char,shor則會自動轉化成int型，float則會自動轉化成double型。

#include <stdio.h>
#include <stdarg.h>
void fun(int n, ...);

int main(int argc, char *argv[])
{
     int part1 = 128;
     float part2 = 256.0;//float
     float part3 = 512.0;
     fun(part1, part2, part3);
     return 0;
}
void fun(int n, ...)
{
     va_list ap;
     va_start(ap, n);
     printf("%f\n", va_arg(ap, double));//double正確，float錯誤，系統自動儲存為double型
     printf("%f\n", va_arg(ap, double));
     va_end(ap);
}

#include <stdio.h>
#include <stdarg.h>
void fun(int n, ...);

int main(int argc, char *argv[])
{
     int part1 = 128;
     char part2 = 'c';//char
     short part3 = 8;//short
     fun(part1, part2, part3);
     return 0;
}
void fun(int n, ...)
{
     va_list ap;
     va_start(ap, n);
     printf("%c\n", va_arg(ap, int));//char自動儲存為int，不能用char，即使這樣，仍然可用%c輸出字元
     printf("%d\n", va_arg(ap, int));//short自動儲存為int，不能用short
     va_end(ap);
}

以上這些問題都是記憶體對齊造成的。

3.vprintf,vfprintf,vsprintf,vsnprintf,vasprintf格式化輸出，有一個va_list參數

#include <stdio.h>

#include <stdarg.h>

int vprintf(const char *format, va_list ap);//格式化輸出到標準輸出，對應到printf

int vfprintf(FILE *stream, const char *format, va_list ap);//格式化輸出到檔案流，對應到fprintf

int vsprintf(char *s, const char *format, va_list ap);//格式化輸出到字串，對應到sprintf

int vsnprintf(char *s, size_t n, const char *format, va_list ap);//格式化輸出固定長度到字串，對應到snprintf

int vasprintf(char **ret, const char *format, va_list ap);//對應到asprintf

舉例，用vprintf實現error:

#include <stdio.h>

#include <stdarg.h>

void error(char *function_name, char *format, ...)

{

     va_list ap;

     va_start(ap, format);

     /*print out name of function causing error*/

     (void)fprintf(stderr, "ERR in %s:", function_name);

     /*print out remainder of message*/

     (void)vfprintf(stderr, format, ap);

     va_end(ap);

     (void)abort();

}