C语言可变参数研究
2011-10-18 21:15
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一. 何谓可变参数
int printf( const char* format, ...);
这是使用过C语言的人所再熟悉不过的printf函数原型,它的参数中就有固定参数format和可变参数(用”…”表示). 而我们又可以用各种方式来调用printf,如:
printf("%d",value);
printf("%s",str);
printf("the number is %d ,stringis:%s", value, str);
二.实现原理
C语言用宏来处理这些可变参数。这些宏看起来很复杂,其实原理挺简单,就是根据参数入栈的特点从最靠近第一个可变参数的固定参数开始,依次获取每个可变参数的地址。下面我们来分析这些宏。在VC中的stdarg.h头文件中,针对不同平台有不同的宏定义,我们选取X86平台下的宏定义:
typedef char *va_list;
/*把va_list被定义成char*,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va_list是被定义成void*的*/
#define _INTSIZEOF(n) ( (sizeof(n) +sizeof(int) - 1) & ~(sizeof(int) - 1) )
/*_INTSIZEOF (n)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sizeof(int)对齐。一般的sizeof(int)=4,也就是参数在内存中的地址都为4的倍数。比如,如果sizeof(n)在1-4之间,那么_INTSIZEOF(n)=4;如果sizeof(n)在5-8之间,那么 _INTSIZEOF(n)=8。*/
#define va_start(ap,v)( ap =(va_list)&v + _INTSIZEOF(v) )
/*va_start 的定义为 &v+_INTSIZEOF(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,就得到了第一个可变参数的起始内存地址。所以我们运行va_start (ap, v)以后,ap指向第一个可变参数在的内存地址*/
#define va_arg(ap,t) ( *(t *)((ap +=_INTSIZEOF(t)) - _INTSIZEOF(t)) )
/*这个宏做了两个事情,
①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
②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。*/
#defineva_end(ap) ( ap = (va_list)0 )
/*x86 平台定义为ap=(char*)0;使ap不再指向堆栈,而是跟NULL一样.有些直接定义为((void*)0),这样编译器不会为va_end产生代码,例如gcc在linux的x86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_start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. */
以下再用图来表示:
在VC等绝大多数C编译器中,默认情况下,参数进栈的顺序是由右向左的,因此,参数进栈以后的内存模型如下图所示:最后一个固定参数的地址位于第一个可变参数之下,并且是连续存储的。
|——————————————————————————|
|最后一个可变参数 | ->高内存地址处
|——————————————————————————|
...................
|——————————————————————————|
|第N个可变参数 |->va_arg(arg_ptr,int)后arg_ptr所指的地方,
| | 即第N个可变参数的地址。
|——————————————— |
………………………….
|——————————————————————————|
|第一个可变参数 | ->va_start(arg_ptr,start)后arg_ptr所指的地方
| | 即第一个可变参数的地址
|——————————————— |
|———————————————————————— ——|
| |
|最后一个固定参数 | -> start的起始地址
|—————————————— —| .................
|—————————————————————————— |
| |
|——————————————— |-> 低内存地址处
三.printf研究
下面是一个简单的printf函数的实现,
在intel+win2k+vc6的机器执行结果如下:
the first test:i=1234
the secend test:i=1234; 0xabcd;j=5678;
四.应用
求最大值:
int printf( const char* format, ...);
这是使用过C语言的人所再熟悉不过的printf函数原型,它的参数中就有固定参数format和可变参数(用”…”表示). 而我们又可以用各种方式来调用printf,如:
printf("%d",value);
printf("%s",str);
printf("the number is %d ,stringis:%s", value, str);
二.实现原理
C语言用宏来处理这些可变参数。这些宏看起来很复杂,其实原理挺简单,就是根据参数入栈的特点从最靠近第一个可变参数的固定参数开始,依次获取每个可变参数的地址。下面我们来分析这些宏。在VC中的stdarg.h头文件中,针对不同平台有不同的宏定义,我们选取X86平台下的宏定义:
typedef char *va_list;
/*把va_list被定义成char*,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va_list是被定义成void*的*/
#define _INTSIZEOF(n) ( (sizeof(n) +sizeof(int) - 1) & ~(sizeof(int) - 1) )
/*_INTSIZEOF (n)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sizeof(int)对齐。一般的sizeof(int)=4,也就是参数在内存中的地址都为4的倍数。比如,如果sizeof(n)在1-4之间,那么_INTSIZEOF(n)=4;如果sizeof(n)在5-8之间,那么 _INTSIZEOF(n)=8。*/
#define va_start(ap,v)( ap =(va_list)&v + _INTSIZEOF(v) )
/*va_start 的定义为 &v+_INTSIZEOF(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,就得到了第一个可变参数的起始内存地址。所以我们运行va_start (ap, v)以后,ap指向第一个可变参数在的内存地址*/
#define va_arg(ap,t) ( *(t *)((ap +=_INTSIZEOF(t)) - _INTSIZEOF(t)) )
/*这个宏做了两个事情,
①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
②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。*/
#defineva_end(ap) ( ap = (va_list)0 )
/*x86 平台定义为ap=(char*)0;使ap不再指向堆栈,而是跟NULL一样.有些直接定义为((void*)0),这样编译器不会为va_end产生代码,例如gcc在linux的x86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_start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. */
以下再用图来表示:
在VC等绝大多数C编译器中,默认情况下,参数进栈的顺序是由右向左的,因此,参数进栈以后的内存模型如下图所示:最后一个固定参数的地址位于第一个可变参数之下,并且是连续存储的。
|——————————————————————————|
|最后一个可变参数 | ->高内存地址处
|——————————————————————————|
...................
|——————————————————————————|
|第N个可变参数 |->va_arg(arg_ptr,int)后arg_ptr所指的地方,
| | 即第N个可变参数的地址。
|——————————————— |
………………………….
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|第一个可变参数 | ->va_start(arg_ptr,start)后arg_ptr所指的地方
| | 即第一个可变参数的地址
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|最后一个固定参数 | -> start的起始地址
|—————————————— —| .................
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|——————————————— |-> 低内存地址处
三.printf研究
下面是一个简单的printf函数的实现,
#include "stdio.h" #include "stdlib.h" void myprintf(char* fmt, ...) //一个简单的类似于printf的实现,//参数必须都是int 类型 { char* pArg=NULL; //等价于原来的va_list charc; pArg= (char*) &fmt; //注意不要写成p = fmt !!因为这里要对//参数取址,而不是取值 pArg+= sizeof(fmt); //等价于原来的va_start do { c=*fmt; if(c != '%') { putchar(c); //照原样输出字符 } else { //按格式字符输出数据 switch(*++fmt) { case 'd': printf("%d",*((int*)pArg)); break; case 'x': printf("%#x",*((int*)pArg)); break; default: break; } pArg += sizeof(int); //等价于原来的va_arg } ++fmt; }while (*fmt != '\0'); pArg= NULL; //等价于va_end return; } int main(int argc, char* argv[]) { inti = 1234; intj = 5678; myprintf("the first test:i=%d",i,j); myprintf("the secend test:i=%d;%x;j=%d;",i,0xabcd,j); system("pause"); return 0; }
在intel+win2k+vc6的机器执行结果如下:
the first test:i=1234
the secend test:i=1234; 0xabcd;j=5678;
四.应用
求最大值:
#include //不定数目参数需要的宏 int max(int n,int num,...) { va_list x;//说明变量x va_start(x,num);//x被初始化为指向num后的第一个参数 intm=num; for(int i=1;i { //将变量x所指向的int类型的值赋给y,同时使x指向下一个参数 inty=va_arg(x,int); if(y>m)m=y; } va_end(x);//清除变量x return m; } main() { printf("%d,%d",max(3,5,56),max(6,0,4,32,45,533)); }
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