[C/C++] 對C/C++可變參數(shù)表的深層探索 C/C++語言有一個不同于其它語言的特性，即其支持可變參數(shù)，典型的函數(shù)如printf、scanf等可以接受數(shù)量不定的參數(shù)。如：
printf ( "I love you" );
printf ( "%d", a ); printf ( "%d,%d", a, b ); 第一、二、三個printf分別接受1、2、3個參數(shù)，讓我們看看printf函數(shù)的原型：
int printf ( const char *format, ... );
從函數(shù)原型可以看出，其除了接收一個固定的參數(shù)format以外，后面的參數(shù)用"…"表示。在C/C++語言中，"…"表示可以接受不定數(shù)量的參數(shù)，理論上來講，可以是0或0以上的n個參數(shù)。
本文將對C/C++可變參數(shù)表的使用方法及C/C++支持可變參數(shù)表的深層機(jī)理進(jìn)行探索。
一. 可變參數(shù)表的用法
1、相關(guān)宏
標(biāo)準(zhǔn)C/C++包含頭文件stdarg.h，該頭文件中定義了如下三個宏：
void va_start ( va_list arg_ptr, prev_param ); /* ANSI version */
type va_arg ( va_list arg_ptr, type ); void va_end ( va_list arg_ptr ); 在這些宏中，va就是variable argument(可變參數(shù))的意思；arg_ptr是指向可變參數(shù)表的指針；prev_param則指可變參數(shù)表的前一個固定參數(shù)；type為可變參數(shù)的類型。va_list也是一個宏，其定義為typedef char * va_list，實(shí)質(zhì)上是一char型指針。char型指針的特點(diǎn)是++、--操作對其作用的結(jié)果是增1和減1（因?yàn)閟izeof(char)為1），與之不同的是int等其它類型指針的++、--操作對其作用的結(jié)果是增sizeof(type)或減sizeof(type)，而且sizeof(type)大于1。
通過va_start宏我們可以取得可變參數(shù)表的首指針，這個宏的定義為：
#define va_start ( ap, v ) ( ap = (va_list)&v + _INTSIZEOF(v) )
顯而易見，其含義為將最后那個固定參數(shù)的地址加上可變參數(shù)對其的偏移后賦值給ap，這樣ap就是可變參數(shù)表的首地址。其中的_INTSIZEOF宏定義為：
#define _INTSIZEOF(n) ((sizeof ( n ) + sizeof ( int ) - 1 ) & ~( sizeof( int ) - 1 ) )
va_arg宏的意思則指取出當(dāng)前arg_ptr所指的可變參數(shù)并將ap指針指向下一可變參數(shù)，其原型為：
#define va_arg(list, mode) ((mode *)(list =\
(char *) ((((int)list + (__builtin_alignof(mode)<=4?3:7)) &\ (__builtin_alignof(mode)<=4?-4:-8))+sizeof(mode))))[-1] 對這個宏的具體含義我們將在后面深入討論。
而va_end宏被用來結(jié)束可變參數(shù)的獲取，其定義為：
#define va_end ( list )
可以看出，va_end ( list )實(shí)際上被定義為空，沒有任何真實(shí)對應(yīng)的代碼，用于代碼對稱，與va_start對應(yīng)；另外，它還可能發(fā)揮代碼的"自注釋"作用。所謂代碼的"自注釋"，指的是代碼能自己注釋自己。
下面我們以具體的例子來說明以上三個宏的使用方法。
2、一個簡單的例子
#include <stdarg.h>
/* 函數(shù)名：max * 功能：返回n個整數(shù)中的最大值 * 參數(shù)：num：整數(shù)的個數(shù) ...：num個輸入的整數(shù) * 返回值：求得的最大整數(shù) */ int max ( int num, ... ) { int m = -0x7FFFFFFF; /* 32系統(tǒng)中最小的整數(shù) */ va_list ap; va_start ( ap, num ); for ( int i= 0; i< num; i++ ) { int t = va_arg (ap, int); if ( t > m ) { m = t; } } va_end (ap); return m; } /* 主函數(shù)調(diào)用max */ int main ( int argc, char* argv[] ) { int n = max ( 5, 5, 6 ,3 ,8 ,5); /* 求5個整數(shù)中的最大值 */ cout << n; return 0; } 函數(shù)max中首先定義了可變參數(shù)表指針ap，而后通過va_start ( ap, num )取得了參數(shù)表首地址（賦給了ap），其后的for循環(huán)則用來遍歷可變參數(shù)表。這種遍歷方式與我們在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教材中經(jīng)?？吹降谋闅v方式是類似的。
函數(shù)max看起來簡潔明了，但是實(shí)際上printf的實(shí)現(xiàn)卻遠(yuǎn)比這復(fù)雜。max函數(shù)之所以看起來簡單，是因?yàn)椋?/font>
(1) max函數(shù)可變參數(shù)表的長度是已知的，通過num參數(shù)傳入；
(2) max函數(shù)可變參數(shù)表中參數(shù)的類型是已知的，都為int型。
而printf函數(shù)則沒有這么幸運(yùn)。首先，printf函數(shù)可變參數(shù)的個數(shù)不能輕易的得到，而可變參數(shù)的類型也不是固定的，需由格式字符串進(jìn)行識別（由%f、%d、%s等確定），因此則涉及到可變參數(shù)表的更復(fù)雜應(yīng)用。
下面我們以實(shí)例來分析可變參數(shù)表的高級應(yīng)用。
二. 高級應(yīng)用
下面這個程序是我們?yōu)槟城度胧较到y(tǒng)（該系統(tǒng)中CPU的字長為16位）編寫的在屏幕上顯示格式字符串的函數(shù)DrawText，它的用法類似于int printf ( const char *format, ... )函數(shù)，但其輸出的目標(biāo)為嵌入式系統(tǒng)的液晶顯示屏幕（LED）。
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// 函數(shù)名稱: DrawText // 功能說明: 在顯示屏上繪制文字 // 參數(shù)說明: xPos ---橫坐標(biāo)的位置 [0 .. 30] // yPos ---縱坐標(biāo)的位置 [0 .. 64] // ... 可以同數(shù)字一起顯示，需設(shè)置標(biāo)志(%d、%l、%x、%s) /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// extern void DrawText ( BYTE xPos, BYTE yPos, LPBYTE lpStr, ... ) { BYTE lpData[100]; //緩沖區(qū) BYTE byIndex; BYTE byLen; DWORD dwTemp; WORD wTemp; int i; va_list lpParam; memset( lpData, 0, 100);
byLen = strlen( lpStr ); byIndex = 0; va_start ( lpParam, lpStr ); for ( i = 0; i < byLen; i++ )
{ if( lpStr[i] != ’%’ ) //不是格式符開始 { lpData[byIndex++] = lpStr[i]; } else { switch (lpStr[i+1]) { //整型 case ’d’: case ’D’: wTemp = va_arg ( lpParam, int ); byIndex += IntToStr( lpData+byIndex, (DWORD)wTemp ); i++; break; //長整型 case ’l’: case ’L’: dwTemp = va_arg ( lpParam, long ); byIndex += IntToStr ( lpData+byIndex, (DWORD)dwTemp ); i++; break; //16進(jìn)制（長整型） case ’x’: case ’X’: dwTemp = va_arg ( lpParam, long ); byIndex += HexToStr ( lpData+byIndex, (DWORD)dwTemp ); i++; break; default: lpData[byIndex++] = lpStr[i]; break; } } } va_end ( lpParam ); lpData[byIndex] = ’\0’; DisplayString ( xPos, yPos, lpData, TRUE); //在屏幕上顯示字符串lpData } 在這個函數(shù)中，需通過對傳入的格式字符串（首地址為lpStr）進(jìn)行識別來獲知可變參數(shù)個數(shù)及各個可變參數(shù)的類型，具體實(shí)現(xiàn)體現(xiàn)在for循環(huán)中。譬如，在識別為%d后，做的是va_arg ( lpParam, int )，而獲知為%l和%x后則進(jìn)行的是va_arg ( lpParam, long )。格式字符串識別完成后，可變參數(shù)也就處理完了。
在項(xiàng)目的最初，我們一直苦于不能找到一個好的辦法來混合輸出字符串和數(shù)字，我們采用了分別顯示數(shù)字和字符串的方法，并分別指定坐標(biāo)，程序條理被破壞。而且，在混合顯示的時候，要給各類數(shù)據(jù)分別人工計算坐標(biāo)，我們感覺頭疼不已。以前的函數(shù)為：
//顯示字符串
showString ( BYTE xPos, BYTE yPos, LPBYTE lpStr ) //顯示數(shù)字 showNum ( BYTE xPos, BYTE yPos, int num ) //以16進(jìn)制方式顯示數(shù)字 showHexNum ( BYTE xPos, BYTE yPos, int num ) 最終，我們用DrawText ( BYTE xPos, BYTE yPos, LPBYTE lpStr, ... )函數(shù)代替了原先所有的輸出函數(shù)，程序得到了簡化。就這樣，兄弟們用得爽翻了。
三. 運(yùn)行機(jī)制探索
通過第2節(jié)我們學(xué)會了可變參數(shù)表的使用方法，相信喜歡拋根問底的讀者還不甘心，必然想知道如下問題：
?。?）為什么按照第2節(jié)的做法就可以獲得可變參數(shù)并對其進(jìn)行操作？
?。?）C/C++在底層究竟是依靠什么來對這一語法進(jìn)行支持的，為什么其它語言就不能提供可變參數(shù)表呢？
我們帶著這些疑問來一步步進(jìn)行摸索。
3.1 調(diào)用機(jī)制反匯編
反匯編是研究語法深層特性的終極良策，先來看看2.2節(jié)例子中主函數(shù)進(jìn)行max ( 5, 5, 6 ,3 ,8 ,5)調(diào)用時的反匯編：
1. 004010C8 push 5
2. 004010CA push 8 3. 004010CC push 3 4. 004010CE push 6 5. 004010D0 push 5 6. 004010D2 push 5 7. 004010D4 call @ILT+5(max) (0040100a) 從上述反匯編代碼中我們可以看出，C/C++函數(shù)調(diào)用的過程中：
第一步：將參數(shù)從右向左入棧（第1～6行）；
第二步：調(diào)用call指令進(jìn)行跳轉(zhuǎn)（第7行）。
這兩步包含了深刻的含義，它說明C/C++默認(rèn)的調(diào)用方式為由調(diào)用者管理參數(shù)入棧的操作，且入棧的順序?yàn)閺挠抑磷螅@種調(diào)用方式稱為_cdecl調(diào)用。x86系統(tǒng)的入棧方向?yàn)閺母叩刂返降偷刂?，故?至n個參數(shù)被放在了地址遞增的堆棧內(nèi)。在被調(diào)用函數(shù)內(nèi)部，讀取這些堆棧的內(nèi)容就可獲得各個參數(shù)的值，讓我們反匯編到max函數(shù)的內(nèi)部：
int max ( int num, ...)
{ 1. 00401020 push ebp 2. 00401021 mov ebp,esp 3. 00401023 sub esp,50h 4. 00401026 push ebx 5. 00401027 push esi 6. 00401028 push edi 7. 00401029 lea edi,[ebp-50h] 8. 0040102C mov ecx,14h 9. 00401031 mov eax,0CCCCCCCCh 10. 00401036 rep stos dword ptr [edi] va_list ap; int m = -0x7FFFFFFF; /* 32系統(tǒng)中最小的整數(shù) */ 11. 00401038 mov dword ptr [ebp-8],80000001h va_start ( ap, num ); 12. 0040103F lea eax,[ebp+0Ch] 13. 00401042 mov dword ptr [ebp-4],eax for ( int i= 0; i< num; i++ ) 14. 00401045 mov dword ptr [ebp-0Ch],0 15. 0040104C jmp max+37h (00401057) 16. 0040104E mov ecx,dword ptr [ebp-0Ch] 17. 00401051 add ecx,1 18. 00401054 mov dword ptr [ebp-0Ch],ecx 19. 00401057 mov edx,dword ptr [ebp-0Ch] 20. 0040105A cmp edx,dword ptr [ebp+8] 21. 0040105D jge max+61h (00401081) { int t= va_arg (ap, int); 22. 0040105F mov eax,dword ptr [ebp-4] 23. 00401062 add eax,4 24. 00401065 mov dword ptr [ebp-4],eax 25. 00401068 mov ecx,dword ptr [ebp-4] 26. 0040106B mov edx,dword ptr [ecx-4] 27. 0040106E mov dword ptr [t],edx if ( t > m ) 28. 00401071 mov eax,dword ptr [t] 29. 00401074 cmp eax,dword ptr [ebp-8] 30. 00401077 jle max+5Fh (0040107f) m = t; 31. 00401079 mov ecx,dword ptr [t] 32. 0040107C mov dword ptr [ebp-8],ecx } 33. 0040107F jmp max+2Eh (0040104e) va_end (ap); 34. 00401081 mov dword ptr [ebp-4],0 return m; 35. 00401088 mov eax,dword ptr [ebp-8] } 36. 0040108B pop edi 37. 0040108C pop esi 38. 0040108D pop ebx 39. 0040108E mov esp,ebp 40. 00401090 pop ebp 41. 00401091 ret 分析上述反匯編代碼，對于一個真正的程序員而言，將是一種很大的享受；而對于初學(xué)者，也將使其受益良多。所以請一定要賴著頭皮認(rèn)真研究，千萬不要被嚇倒！
行1～10進(jìn)行執(zhí)行函數(shù)內(nèi)代碼的準(zhǔn)備工作，保存現(xiàn)場。第2行對堆棧進(jìn)行移動；第3行則意味著max函數(shù)為其內(nèi)部局部變量準(zhǔn)備的堆?？臻g為50h字節(jié)；第11行表示把變量n的內(nèi)存空間安排在了函數(shù)內(nèi)部局部棧底減8的位置（占用4個字節(jié)）。
第12～13行非常關(guān)鍵，對應(yīng)著va_start ( ap, num )，這兩行將第一個可變參數(shù)的地址賦值給了指針ap。另外，從第12行可以看出num的地址為ebp+0Ch；從第13行可以看出ap被分配在函數(shù)內(nèi)部局部棧底減4的位置上（占用4個字節(jié)）。
第22～27行最為關(guān)鍵，對應(yīng)著va_arg (ap, int)。其中，22~24行的作用為將ap指向下一可變參數(shù)（可變參數(shù)的地址間隔為4個字節(jié)，從add eax,4可以看出）；25~27行則取當(dāng)前可變參數(shù)的值賦給變量t。這段反匯編很奇怪，它先移動可變參數(shù)指針，再在賦值指令里面回過頭來取先前的參數(shù)值賦給t（從mov edx,dword ptr [ecx-4]語句可以看出）。Visual C++同學(xué)玩得有意思，不知道碰見同樣的情況Visual Basic等其它同學(xué)怎么玩？
第36～41行恢復(fù)現(xiàn)場和堆棧地址，執(zhí)行函數(shù)返回操作。
痛苦的反匯編之旅差不多結(jié)束了，看了這段反匯編我們總算弄明白了可變參數(shù)的存放位置以及它們被讀取的方式，頓覺全省輕松！
2、特殊的調(diào)用約定
除此之外，我們需要了解C/C++函數(shù)調(diào)用對參數(shù)占用空間的一些特殊約定，因?yàn)樵赺cdecl調(diào)用協(xié)議中，有些變量類型是按照其它變量的尺寸入棧的。
例如，字符型變量將被自動擴(kuò)展為一個字的空間，因?yàn)槿霔２僮麽槍Φ氖且粋€字。
參數(shù)n實(shí)際占用的空間為( ( sizeof(n) + sizeof(int) - 1 ) & ~( sizeof(int) - 1 ) )，這就是第2.1節(jié)_INTSIZEOF(v)宏的來歷！
既然如此，前面給出的va_arg ( list, mode )宏為什么玩這么大的飛機(jī)就很清楚了。這個問題就留個讀者您來分析
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