详解-C语言可变参数-va-list和-vsnprintf及printf实现.pdf

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1、-C 语言的变长参数在平时做开发时很少会在自己设计的接口中用到，但我们最常用的接口printf 就是使用的变长参数接口，在感受到printf 强大的魅力的同时,是否想挖据一下到底prntf 是如何实现的呢?这里我们一起来挖掘一下C 语言变长参数的奥秘。先考虑这样一个问题:如果我们不使用标准库(libc)中提供的 Faclitis,我们自己是否可以实现拥有变长参数的函数呢?我们不妨试试。一步一步进入正题，我们先看看固定参数列表函数,void ied_rgs_fun（i a,ouleb，har c）pint（=0%pn,a);printf(b=0 x%pn，&b);rtf(c=0%pn，&c);对

2、于固定参数列表的函数,每个参数的名称、类型都是直接可见的，他们的地址也都是可以直接得到的,比如：通过我们可以得到的地址，并通过函数原型声明了解到a 是n类型的；通过&b 我们可以得到 b 的地址,并通过函数原型声明了解到是doble 类型的;通过&我们可以得到的地址,并通过函数原型声明了解到是har类型的。但是对于变长参数的函数,我们就没有这么顺利了。还好,按照 C 标准的说明,支持变长参数的函数在原型声明中,必须有至少一个最左固定参数(这一点与传统 C 有区别，传统允许不带任何固定参数的纯变长参数函数），这样我们可以得到其中固定参数的地址，但是依然无法从声明中得到其他变长参数的地址，比如:v

3、oidvrag_unc(const hr*mt,.).这里我们只能得到 fmt 这固定参数的地址，仅从函数原型我们是无法确定.中有几个参数、参数都是什么类型的，自然也就无法确定其位置了。那么如何可以做到呢?在大脑中回想一下函数传参的过程，无论.中有多少个参数、每个参数是什么类型的，它们都和固定参数的传参过程是一样的,简单来讲都是栈操作，而栈这个东西对我们是开放的。这样一来,一旦我们知道某函数帧的栈上的一个固定参数的位置，我们完全有可能推导出其他变长参数的位置，顺着这个思路,我们继续往下走，通过一个例子来诠释一下：(这里要说明的是：函数参数进栈以及参数空间地址分配都是实现相关的,不同平台、不同编

4、译器都可能不同,所以下面的例子仅在 IA-32，WidowsXP,iG cc v3.4.2 下成立)我们先用上面的那个ixedargs_unc 函数确定一下这个平台下的入栈顺序。int main()ixedarsfunc（17,54,eloworld);return 0；a=x022F50b=0 x0022FF54c=0002FFC从这个结果来看,显然参数是从右到左,逐一压入栈中的(栈的延伸方向是从高地址到低地址，栈底的占领着最高内存地址，先入栈的参数,其地理位置也就最高了)。我们基本可以得出这样一个结论:c.adr=b.addr+sizef(b);/*注意:x_ieof！=izef，后话再说

5、/b.add=a.ar x_sizeof(a);有了以上的等式，我们似乎可以推导出 oid ar_ars_unc(con cha*fmt,.)函数中，可变参数的位置了。起码第一个可变参数的位置应该是：first_varargadr=ft.addr+_sizof(t);根据这一结论我们试着实现一个支持可变参数的函数：voiva_rg_func(cos a*fm,.)-cha*a；a=（a*）&fmt）izof（fmt);pintf(dn,(nt*）ap)；ap=a+sizeo（int）;pritf（%dn,*(i*)a);ap=ap+izf(int);ptf(%s,*（(char*)a);int

6、main（)rarg_unc(%dd%，4,5,lo ld);输出结果:4hell orldar_ags_fuc 只是为了演示,并未根据 ft 消息中的格式字符串来判断变参的个数和类型,而是直接在实现中写死了，如果你把这个程序拿到saris 9 下，运行后，一定得不到正确的结果,为什么呢,后续再说。先来解释一下这个程序。我们用 ap 获取第一个变参的地址,我们知道第一个变参是 4,一个 in型,所以我们用(int*）a以告诉编译器，以 a为首地址的那块内存我们要将之视为一个整型来使用,(it*)ap获得该参数的值;接下来的变参是5，又一个 int 型，其地址是ap+sizeo（第一个变参),也

7、就是 ap+sizeo(n）,同样我们使用*(in*)ap 获得该参数的值；最后的一个参数是一个字符串，也就是har*，与前两个 it 型参数不同的是，经过p+izef(in）后，ap 指向栈上一个ha*类型的内存块(我们暂且称之 tp_pr,chtmpptr）的首地址,即 ap m_tr，而我们要输出的不是 printf（%sn,a），而是 printf(s,tm_ptr);print(%sn,ap）是意图将 ap 所指的内存块作为字符串输出了,但是&m_ptr,tmp_pr 所占据的4 个字节显然不是字符串,而是一个地址。如何让_pr 是 ch*类型的，我们将p 进行强制转换(car*)a

8、p&tmp_ptr，这样我们访问tmppr 只需要在（char*)p 前面加上一个*即可,即 prn(sn,*(car*)ap);前面说过，如果将var_agsfnc 放到 sls 上,一定是得不到正确结果的?为什么呢?由于内存对齐。编译器在栈上压入参数时,不是一个紧挨着另一个的，编译器会根据变参的类型将其放到满足类型对齐的地址上的，这样栈上参数之间实际上可能会是有空隙的。上述例子中,我是根据反编译后的汇编码得到的参数间隔,还好都是 4,然后在代码中写死了。为了满足代码的可移植性，C 标准库在 sdar.h 中提供了诸多ailties 以供实现变长长度参数时使用。这里也列出一个简单的例子,看看

9、利用标准库是如何支持变长参数的：#nclue void d_arg_fun(cons har*t，.)va_l ap；_start(a,fmt)；printf(%dn,va_arg(p,in);rintf(%fn，va_g(a，dube）;prinf(%，va_rg(p,chr*）);va_end(p）；it ma()svaargfunc（%f%，4，5.，llowold);输出:4-5.400000llo wold对比一下 s_varagunc 和ar_arg_func 的实现,va_list 似乎就是 char*,va_tar似乎就是(（char*)&fm)+eo(m)，va_r似乎就是得

10、到下一个参数的首地址。没错,多数平台下 stdar.中 valst,va_start 和 va_ar的实现就是类似这样的。一般arg.h 会包含很多宏，看起来比较复杂。在有的系统中stdarg.h 的实现依赖some sial nctionbil in the the comlaonsstem o hadle vai arument lits an s allocations,多数其他系统的实现与下面很相似：(Visal+6 0 的实现较为清晰,因为indows 上的应用程序只需要在winows平台间做移植即可,没有必要考虑太多的平台情况）。C 语言 va_lis与vnprnf 的使用先举一个

11、例子先举一个例子：#define bufsiz 0ca buferbufsie;/这个函数用来格式化带参数的字符串*/int vsf(char*fmt，.)vlst rg;/声明一个转换参数的变量it cnt;va_srt（rgpt,f）;/初始化变量ct=vsnprnf（bufer,ufsze，fmt，argptr)；/将带参数的字符串按照参数列表格式化到bufer中va_end(arptr);/结束变量列表，和 va_stat 成对使用retun（nt);int ai（i arg,cragv)i inmb=;float fnmber 0.0；hr sing4=abc;sp（%d%f%s,n

12、umbe,fumbe,t）;prn(%s,bff);rturn 0;下面我们来探讨如何写一个简单的可变参数的C 函数写可变参数的函数要在程序中用到以下这些宏：写可变参数的函数要在程序中用到以下这些宏：使用可变参数应该有以下步骤:1)首先在函数里定义一个va_lis型的变量,这里是 ar_ptr,这个变量是指向参数的指针.2)然后用a_sr宏初始化变量 argp,这个宏的第二个参数是第一个可变参数的前一个参数,是一个固定的参数.3)然后用a_arg 返回可变的参数,并赋值给整数 j aa的第二个参数是你要返回的参数的类型,这里是 int 型.4)最后用and 宏结束可变参数的获取.然后你就可以在

13、函数里使用第二个参数了.如果函数有多个可变参数的,依次调用 va获取各个参数如果我们用下面三种方法调用的话,都是合法的,但结果却不一样：可变参数在编译器中的处理可变参数在编译器中的处理我们知道 v_star,vaag,and 是在 stdarg.中被定义成宏的，由于：)硬件平台的不同2)编译器的不同-Microsoft Viual StdioC98nluetdag.h 中，typde chr*va_t；/*把 va_list 被定义成 cha*，这是因为在我们目前所用的 PC 机上,字符指针类型可以用来存储内存单元地址。而在有的机器上a_li是被定义成 void的*#dfineINSIZEOF

14、()(（sief(n）+sieof(int）-1)（sizeof(i)1)/_INIZEOF（）宏是为了考虑那些内存地址需要对齐的系统,从宏的名字来应该是跟 sizo（int)对齐。一般的 sizf(it)=4,也就是参数在内存中的地址都为 4 的倍数。比如,如果ieo(n)在 14 之间,那么_INTSIZEOF（n)=;如果 siz(n)在8之间,那么 INTZOF()=。*/#dfinva_sat(ap,v）（ap=(va_lst)&v+_INSZOF(v)/*a_start的定义为&v_NTIZEOF(v),这里v 是最后一个固定参数的起始地址,再加上其实际占用大小后，就得到了第一个可

15、变参数的起始内存地址。所以我们运行a_star(ap,v)以后,a指向第一个可变参数在的内存地址*/#defne_arg(a,t)(*()(a+=_INTSIZEOF(t)）_INTSIZEO（t)）)/*这个宏做了两个事情，用用户输入的类型名对参数地址进行强制类型转换,得到用户所需要的值计算出本参数的实际大小,将指针调到本参数的结尾，也就是下一个参数的首地址,以便后续处理。/#definva_end(ap)（a=(v_list）)/x6平台定义为p(ha)0；使p 不再指向堆栈,而是跟 NULL 一样有些直接定义为(vid*)0）,这样编译器不会为aend 产生代码,例如 gcc 在 lnx

16、 的 x6 平台就是这样定义的.在这里大家要注意一个问题:由于参数的地址用于 va_tar宏,所以参数不能声明为寄存器变量或作为函数或数组类型.*/这里有两个地方需要深入挖掘一下：、#dene_INTSIZO（n)(szof（n）sizeof(it)-1)&(sef(int）)我们这里简化一下这个宏：#dineINTIZEF(）(size(n）x）&（x)x=sieof(in)-1 3 00 000 0001(）x=1111111111 100（b)当一个数&(x）时，得到的值始终是 izeof（int)的倍数，也就是说INTSOF（n)的功能是将圆整到izeof(it）的倍数上去。sizeo

17、f(n）,izof（)+sieof(in）-1 经过圆整后,一定会是=的整数;在其他系统平台上,圆整的目标值有的是 4,有的则是,视具体系统而定。#、2definev_ag(ap,t)(*(*)(p+_NTSIZOF(t）)-INTSIZEOF(t)其实有了rargsnc 的实现，这里也就不难理解了。不过这里有一个 trk,很多人一开始肯定对先加上_INSIZEO(t),又减去_ITEOF(t)很不理解,其实这里是一点就透的：整个表达式(ap+_ITZOF(t)-_ITIZOF(t）)返回的值其实和最初的p 所指向的地址是一致的,关键就是在整个表达式被valatd 后,ap 却指向了下一个参数

18、的地址了,就这么简单。-语言的函数是从右向左压入堆栈的,图(）是函数的参数在堆栈中的分布位置.我们看到_it 被定义成 char*,有一些平台或操作系统定义为vid再看 va_ta的定义，定义为&+_INTSIZEOF(v),而是固定参数在堆栈的地址,所以我们运行vastart(a,v)以后，a指向第一个可变参数在堆栈的地址，如图:高地址-|函数返回地址|-|.|-第个参数（第一个可变参数)|-|-va_star后 a指向|第 n1 个参数(最后一个固定参数)|低地址|-|&v图（)然后，我们用a_a(）取得类型t 的可变参数值,以上例为 int 型为例,我们看一下 va_ag 取 it 型的

19、返回值:j=（*(nt*)(ap=_INTSIZF（int）)-_INSIZOF(int);首先ap=szeo(in),已经指向下一个参数的地址了.然后返回ap-sizeo(nt)的int指针，这正是第一个可变参数在堆栈里的地址(图 2）.然后用*取得这个地址的内容(参数值)赋给 j.高地址|-|函数返回地址|-|-|-vaar后 ap 指向|第n个参数(第一个可变参数)|-va_sat 后p 指向|第 n-1 个参数(最后一个固定参数)|低地址|-|-&v 图（2)最后要说的是aend 宏的意思,x6 平台定义为 ap(char);使 ap 不再指向堆栈,而是跟 NULL 一样.有些直接定义

20、为(（void*)0),这样编译器不会为 v_en产生代码,例如 gc 在 linx 的 x6 平台就是这样定义的.在这里大家要注意一个问题:由于参数的地址用于 va_sart 宏,所以参数不能声明为寄存器变量或作为函数或数组类型.关于a_str,vaag,va_nd 的描述就是这些了,我们要注意的是不同的操作系统和硬件平台的定义有些不同,但原理却是相似的.可变参数在编程中要注意的问题因为 va_sta,vaag,va_e等定义成宏,所以它显得很愚蠢,可变参数的类型和个数完全在该函数中由程序代码控制，它并不能智能地识别不同参数的个数和类型有人会问:那么 prinf 中不是实现了智能识别参数吗？

21、那是因为函数printf是从固定参数ormt 字符串来分析出参数的类型,再调用 vrg 的来获取可变参数的.也就是说，你想实现智能识别可变参数的话是要通过在自己的程序里作判断来实现的.另外有一个问题,因为编译器对可变参数的函数的原型检查不够严格,对编程查错不利 如果imple_v_n(）改为:voi simpl_va_fn（in i，.）va_list arg_ptr;char NULL;v_sart(ag_pt,);s=va_ar(arg_tr,har*)；vaend(arg_-t）;pint（%dsn，i，s);eturn 0;可变参数为 chr*型，当我们忘记用两个参数来调用该函数时,就

22、会出现 coe dump（Unix）或者页面非法的错误（wind平台).但也有可能不出错，但错误却是难以发现,不利于我们写出高质量的程序 以下提一下 va 系列宏的兼容性Syste V nix 把 va_start 定义为只有一个参数的宏:_sart(va_lit arg_ptr);而 ANS C 则定义为:v_start(vais ag_ptr,p_ram)；如果我们要用ysm V 的定义,应该用ra头文件中所定义的宏,ANSI C 的宏跟 systm V 的宏是不兼容的，我们一般都用AI C,所以用NSI C 的定义就够了，也便于程序的移植小结:可变参数的函数原理其实很简单，而va 系列是

23、以宏定义来定义的,实现跟堆栈相关我们写一个可变函数的 C 函数时,有利也有弊，所以在不必要的场合,我们无需用到可变参数.如果在 C+里,我们应该利用 C+的多态性来实现可变参数的功能，尽量避免用 C 语言的方式来实现.pritf 研究下面是一个简单的 prnt函数的实现:#inlde dio.h#lude tdlib.hid myprintf(har*fm，.）/一个简单的类似于 printf 的实现，/参数必须都是 int类型c*pAr=ULL；/等价于原来的 va_litchar c；pAg=(chr*)&fmt;/注意不要写成 p=fmt!！因为这里要对/参数取址,而不是取值pAg=iz

24、f(ft）;/等价于原来的 vaatoc*fmt;f(c!=%)puthar（c);/照原样输出字符ele/按格式字符输出数据sith(*+fmt)case d:rintf(%，*（(int*)pArg)）;break;case:-ritf(%#x,*(int*)pArg)；beak;dfault:break;pArg+sof(int)；/等价于原来的 va_ag+fmt;ile(ft！)；pAr=NLL;/等价于 va_edrtun;int main(in arg,char*argv)it =14;nj=56;ypt(thfrs et:i=%d,);mypintf(the secendtst：i=%d;%x;j=d；,i,0 xa,j）；system(ause）;rturn 0；在tel+ik+vc6 的机器执行结果如下：tefirst tet：123the seend est:i=1234；0 xacd;j=568;-