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C中可變引數函式實現

一、 從printf()開始

原型:int printf(const char * format, ...);
引數format表示如何來格式字串的指令,…
表示可選引數,呼叫時傳遞給"..."的引數可有可無,根據實際情況而定。
系統提供了vprintf系列格式化字串的函式,用於程式設計人員封裝自己的I/O函式。

int vprintf / vscanf(const char * format, va_list ap); // 從標準輸入/輸出格式化字串 
int vfprintf / vfsacanf(FILE * stream, const char * format, va_list ap); // 從檔案流 
int vsprintf / vsscanf(char * s, const char * format, va_list ap); // 從字串

// 例1:格式化到一個檔案流,可用於日誌檔案

FILE *logfile;
int WriteLog(const char * format, ...)
{
va_list arg_ptr;

va_start(arg_ptr, format);
int nWrittenBytes = vfprintf(logfile, format, arg_ptr);
va_end(arg_ptr);

return nWrittenBytes;
}

二、 va函式的定義和va巨集
    C語言支援va函式,作為C語言的擴充套件--C++同樣支援va函式,但在C++中並不推薦使用,C++引入的多型性同樣可以實現引數個數可變的函式。不過,C++的過載功能畢竟只能是有限多個可以預見的引數個數。比較而言,C中的va函式則可以定義無窮多個相當於C++的過載函式,這方面C++是無能為力的。va函式的優勢表現在使用的方便性和易用性上,可以使程式碼更簡潔。C編譯器為了統一在不同的硬體架構、硬體平臺上的實現,和增加程式碼的可移植性,提供了一系列巨集來遮蔽硬體環境不同帶來的差異。

ANSI C標準下,va的巨集定義在stdarg.h中,它們有:va_list,va_start(),va_arg(),va_end()。

三、 編譯器如何實現va

 簡單地說,va函式的實現就是對引數指標的使用和控制。
typedef char *  va_list;  // x86平臺下va_list的定義 

函式的固定引數部分,可以直接從函式定義時的引數名獲得;對於可選引數部分,先將指標指向第一個可選引數,然後依次後移指標,根據與結束標誌的比較來判斷是否已經獲得全部引數。因此,va函式中結束標誌必須事先約定好,否則,指標會指向無效的記憶體地址,導致出錯。

這裡,移動指標使其指向下一個引數,那麼移動指標時的偏移量是多少呢,沒有具體答案,因為這裡涉及到記憶體對齊(alignment)問題,記憶體對齊跟具體使用的硬體平臺有密切關係,比如大家熟知的32位x86平臺規定所有的變數地址必須是4的倍數(sizeof(int) = 4)。va機制中用巨集_INTSIZEOF(n)來解決這個問題,沒有這些巨集,va的可移植性無從談起。
首先介紹巨集_INTSIZEOF(n),它求出變數佔用記憶體空間的大小,是va的實現的基礎。

#define _INTSIZEOF(n)  ((sizeof(n)+sizeof(int)-1)&~(sizeof(int) - 1) ) 

#define va_start(ap,v) ( ap = (va_list)&v + _INTSIZEOF(v) )          //第一個可選引數地址

#define va_arg(ap,t) ( *(t *)((ap += _INTSIZEOF(t)) - _INTSIZEOF(t)) ) //下一個引數地址

#define va_end(ap)   ( ap=va_list0 )                           // 將指標置為無效

1.va_arg身兼二職:返回當前引數,並使引數指標指向下一個引數。

初看va_arg巨集定義很彆扭,如果把它拆成兩個語句,可以很清楚地看出它完成的兩個職責。
#define va_arg(ap,t)   ( *(t *)((ap += _INTSIZEOF(t)) - _INTSIZEOF(t)) ) //下一個引數地址
// 將( *(t *)((ap += _INTSIZEOF(t)) - _INTSIZEOF(t)) )拆成:
/* 指標ap指向下一個引數的地址 */
1). ap += _INTSIZEOF(t);        // 當前,ap已經指向下一個引數了
/* ap減去當前引數的大小得到當前引數的地址,再強制型別轉換後返回它的值 */
2). return *(t *)( ap - _INTSIZEOF(t)) 
回想到printf/scanf系列函式的%d %s之類的格式化指令,我們不難理解這些它們的用途了- 明示引數強制轉換的型別。
(注:printf/scanf沒有使用va_xxx來實現,但原理是一致的。)

2.va_end很簡單,僅僅是把指標作廢而已。

#define va_end(ap) (ap = (va_list)0) // x86平臺