我們在C語言編程中會遇到一些參數個數可變的函數,例如printf()這個函數,這里將介紹可變函數的寫法以及原理.

* 1. 可變參數的宏

一般在調試打印Debug 信息的時候, 需要可變參數的宏. 從C99開始可以使編譯器標準支持可變參數宏(variadic macros), 另外GCC 也支持可變參數宏, 但是兩種在細節上可能存在區別.

1. __VA_ARGS__

__VA_ARGS__ 將"..." 傳遞給宏.如
#define debug(format, ...) fprintf(stderr, fmt, __VA_ARGS__)

在GCC中也支持這類表示, 但是在G++ 中不支持這個表示.

2. GCC 的復雜宏

GCC使用一種不同的語法從而可以使你可以給可變參數一個名字，如同其它參數一樣。
#define debug(format, args...) fprintf (stderr, format, args)

這和上面舉的那個定義的宏例子是完全一樣的，但是這么寫可讀性更強并且更容易進行描述。

3. ##__VA_ARGS__

上面兩個定義的宏, 如果出現debug("A Message") 的時候, 由于宏展開后有個多余的逗號, 所以將導致編譯錯誤. 為了解決這個問題，CPP使用一個特殊的‘##’操作。

#define debug(format, ...) fprintf (stderr, format, ## __VA_ARGS__)
這里，如果可變參數被忽略或為空，‘##’操作將使預處理器（preprocessor）去除掉它前面的那個逗號。如果你在宏調用時，確實提供了一些可變參數，GNU CPP也會工作正常，它會把這些可變參數放到逗號的后面。

4. 其他方法

一種流行的技巧是用一個單獨的用括弧括起來的的 "參數" 定義和調用宏, 參數在宏擴展的時候成為類似 printf() 那樣的函數的整個參數列表。
#define DEBUG(args) (printf("DEBUG: "), printf(args))


* 2. 可變參數的函數

寫可變參數的C函數要在程序中用到以下這些宏:
void va_start( va_list arg_ptr, prev_param )
type va_arg( va_list arg_ptr, type )
void va_end( va_list arg_ptr )

va在這里是variable-argument(可變參數)的意思,這些宏定義在stdarg.h中.下面我們寫一個簡單的可變參數的函數,該函數至少有一個整數參數,第二個參數也是整數,是可選的.函數只是打印這兩個參數的值.
void simple_va_fun(int i, ...)
{
?? ?va_list arg_ptr;
?? ?int j=0;
?? ?
?? ?va_start(arg_ptr, i);
?? ?j=va_arg(arg_ptr, int);
?? ?va_end(arg_ptr);
?? ?printf("%d %d\n", i, j);
?? ?return;
}

在程序中可以這樣調用:
simple_va_fun(100);
simple_va_fun(100,200);

從這個函數的實現可以看到,使用可變參數應該有以下步驟:
1)首先在函數里定義一個va_list型的變量,這里是arg_ptr,這個變量是指向參數的指針.
2)然后用va_start宏初始化變量arg_ptr,這個宏的第二個參數是第一個可變參數的前一個參數,是一個固定的參數.
3)然后用va_arg返回可變的參數,并賦值給整數j. va_arg的第二個參數是你要返回的參數的類型,這里是int型.
4)最后用va_end宏結束可變參數的獲取.然后你就可以在函數里使用第二個參數了.如果函數有多個可變參數的,依次調用va_arg獲取各個參數.

如果我們用下面三種方法調用的話,都是合法的,但結果卻不一樣:
1)simple_va_fun(100);
結果是:100 -123456789(會變的值)
2)simple_va_fun(100,200);
結果是:100 200
3)simple_va_fun(100,200,300);
結果是:100 200

我們看到第一種調用有錯誤,第二種調用正確,第三種調用盡管結果正確,但和我們函數最初的設計有沖突.下面一節我們探討出現這些結果的原因和可變參數在編譯器中是如何處理的.
* 3. 可變參數函數原理

va_start,va_arg,va_end是在stdarg.h中被定義成宏的,由于硬件平臺的不同,編譯器的不同,所以定義的宏也有所不同,下面以VC++中stdarg.h里x86平臺的宏定義摘錄如下:

typedef char * va_list;
#define _INTSIZEOF(n) ((sizeof(n)+sizeof(int)-1)&~(sizeof(int) - 1) )
#define va_start(ap,v) ( ap = (va_list)&v + _INTSIZEOF(v) )
#define va_arg(ap,t) ( *(t *)((ap += _INTSIZEOF(t)) - _INTSIZEOF(t)) )
#define va_end(ap) ( ap = (va_list)0 )

定義_INTSIZEOF(n)主要是為了內存對齊,C語言的函數是從右向左壓入堆棧的(設數據進棧方向為從高地址向低地址發展,即首先壓入的數據在高地址). 下圖是函數的參數在堆棧中的分布位置:

低地址?? ?|-----------------------------|<-- &v
?? ??? ?|第n-1個參數(最后一個固定參數)|
?? ??? ?|-----------------------------|<--va_start后ap指向
?? ??? ?|第n個參數(第一個可變參數) |
?? ??? ?|-----------------------------|
?? ??? ?|....... |
?? ??? ?|-----------------------------|
?? ??? ?|函數返回地址 |
高地址? |-----------------------------|

1. va_list 被定義為char *
2. va_start 將地址ap定義為 &v+_INTSIZEOF(v),而&v是固定參數在堆棧的地址,所以va_start(ap, v)以后,ap指向第一個可變參數在堆棧的地址
3. va_arg 取得類型t的可變參數值,以int型為例,va_arg取int型的返回值:
?? j= ( *(int*)((ap += _INTSIZEOF(int))-_INTSIZEOF(int)) );
4. va_end 使ap不再指向堆棧,而是跟NULL一樣.這樣編譯器不會為va_end產生代碼.

在不同的操作系統和硬件平臺的定義有些不同,但原理卻是相似的.


* 4. 小結

對于可變參數的函數,因為va_start, va_arg, va_end等定義成宏,所以它顯得很愚蠢,可變參數的類型和個數需要在該函數中由程序代碼控制;另外,編譯器對可變參數的函數的原型檢查不夠嚴格,對編程查錯不利.
所以我們寫一個可變函數的C函數時,有利也有弊,所以在不必要的場合,無需用到可變參數.如果在C++里,我們應該利用C++的多態性來實現可變參數的功能,盡量避免用C語言的方式來實現.


* 5. 附一些代碼

#define debug(format, ...) fprintf(stderr, fmt, __VA_ARGS__)
#define debug(format, args...) fprintf (stderr, format, args)
#define debug(format, ...) fprintf (stderr, format, ## __VA_ARGS__)

// 使用va... 實現
void debug(const char *fmt, ...)
{
??? int nBuf;
??? char szBuffer[1024];
??? va_list args;

??? va_start(args, fmt);
??? nBuf = vsprintf(szBuffer, fmt, args) ;
??? assert(nBuf >= 0);

??? printf("QDOGC ERROR:%s\n",szBuffer);
??? va_end(args);
}