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变参函数的实现

第七根弦 2015 年 10 月 10 日 UC 发表评论 (0)

相对于固定参数的函数，变参函数的可用性无疑是更好的。我们最常用的变参函数包括scanf和printf。刚刚接触到变参函数的时候，我觉得这太神奇了，它并不知道我要输入什么类型的数据，要输入多少个数据，却能完美地处理。其实，可变参数机制实现起来是相当容易的（在stdarg.h的基础上），而且，它的作用并没有想象中的那么神奇。

可变参数机制并不能获取某次输入的所有参数的个数，也不能自己确定每一个输入参数的类型。嗯，没错，看上去printf和scanf就能知道每次输入的参数个数和每个参数的类型。其实，仔细想一想就会发现printf和scanf没这个本事，输入的参数个数和每个参数的类型是使用者在format内容中，通过%模式等告诉编译器的。光是这么说可能不够取信于人，以简化的printf为例，让我们看一段K&R中的例程吧：

C++
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#include <stdarg.h>
 
/* minprintf: minimal printf with variable argument list */
void minprintf(const char *fmt, ...)
{
va_list ap; /* points to each unnamed arg in turn */
const char *p, *sval;
int ival;
double dval;
va_start(ap, fmt); /* make ap point to 1st unnamed arg */
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); /* clean up when done */
}

可以看出，printf处理可变参数的关键就在于它的参数char *fmt。注意程序中的for循环，指针p正是一次次地根据fmt中的提示（在这个简化的例子中是%）经由switch分支来确定下一个参数的类型和有效参数的个数。

所以说，可变参数不是万能的，它只是一种很normal的机制，不过正是先驱们那化腐朽为神奇的想象力，借由这种normal的机制实现了神奇而又令人诟病的scanf和printf函数。一般而言，除了像printf一样，在函数中实现一个特殊的format之外，一些可变参数中的参数类型都是一致的（比如说只可能都是int）函数，则会在之前的固定参数中用一个参数指出可变参数的个数或是类型。下面是一个C Primer Plus中的例程：

C++
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#include <stdarg.h>
 
double sum(int lim,...)
{
va_list ap;    // declare object to hold arguments
double tot = 0;
int i;
va_start(ap, lim); // initialize ap to argument list
for (i = 0; i < lim; i++)
   tot += va_arg(ap, double); // access each item in argument list
va_end(ap);    // clean up
return tot;
}

可以看出，函数sum中的固定参数lim指出了可变参数的个数。

以上介绍了可变参数机制实现的两种过程：自定义format和前置指示标志。接下来就会详细解释在C语言中如何具体实现可变参数机制。从两个例程可以看出，有四个宏是至关重要的：

C++
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va_list
va_start(va_list, lastpar)
va_arg(va_list, Type)
va_end(va_list)

va_list：一个char链表（实际上应该是一个连续的内存块，像数组一样），在使用时表现为一个指向char类型的指针；

va_start：初始化va_list。通过最后的固定参数实现对可变参数初始位置的定位，并为va_list分配内存，将可变参数复制该内存块中，使va_list指向该内存块的初始位置；
va_arg：通过移动指针va_list获取由参数Type指定的变量并返回该变量。
va_end：释放va_list拥有的内存块所占据的内存空间。
看，一切不就一清二楚了吗？不过，还有如下几个问题还需要特别注意一下：
1> C标准规定实现可变参数机制的函数至少要有一个固定参数。从上面的讨论可以看出，这无论是从语法上还是实现上都是必须的。
2> 隐式类型转换不可用。比如说，va_arg指定了类型是double，若传入的是int的变量10就会出错。
3> C语言的整型提升原则。也就是说，在va_arg中获取float和double使用的Type都是double，而获取char、short和int使用的Type都是int。

函数指针不可用，除非用typedef定义过。

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