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C++可變參數(shù)的實(shí)現(xiàn)方法

更新時(shí)間：2013年03月13日 22:53:49 作者：

可變參數(shù)給編程帶來(lái)了很大的方便，在享受它帶來(lái)的方便的同時(shí)，很有必要了解一下其實(shí)現(xiàn)方式，在了解編程語(yǔ)言的同時(shí)，也可以擴(kuò)展編程的思路。

可變參數(shù)的實(shí)現(xiàn)要解決三個(gè)問(wèn)題:

1.如何調(diào)用帶有可變參數(shù)的函數(shù)
2.如何編譯有可變參數(shù)的程序
3.在帶有可變參數(shù)的函數(shù)體中如何持有可變參數(shù)
第一個(gè)問(wèn)題, 調(diào)用時(shí)在可以傳入可變參數(shù)的地方傳入可變參數(shù)即可，當(dāng)然，還有一些需要注意的地方，后面會(huì)提到。

第二個(gè)問(wèn)題，編譯器需要在編譯時(shí)采用一種寬松的檢查方案,，這會(huì)帶來(lái)一些問(wèn)題, 比如對(duì)編程查錯(cuò)不利。

第三個(gè)是我在這里要關(guān)心的問(wèn)題，先以C語(yǔ)言為例分析其實(shí)現(xiàn)原理。

printf和scanf是C語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中最常見(jiàn)的可變參數(shù)函數(shù), printf的簽名是

復(fù)制代碼代碼如下:

int printf(const char* format, ...);

其中，... 表示可變參數(shù)，現(xiàn)在模仿printf寫(xiě)一個(gè)簡(jiǎn)單的例子。

一、一個(gè)簡(jiǎn)單了例子:

復(fù)制代碼代碼如下:

#include <windows.h>
#include <stdio.h>

void VariableArgumentMethod(int argc, ...);

int main(){
VariableArgumentMethod(6, 4, 7, 3, 0, 7, 9);
return 0;
}

void VariableArgumentMethod(int argc, ...){
    // 聲明一個(gè)指針, 用于持有可變參數(shù)
    va_list pArg;
    // 將 pArg 初始化為指向第一個(gè)參數(shù)
    va_start(pArg, argc);
    // 輸出參數(shù)
　　for(int i = 0; i != argc; ++i){
        // 獲取 pArg 所指向的參數(shù)并輸出
        printf("%d, ", va_arg(pArg, int) );
    }

va_end(pArg);
}

void VariableArgumentMethod(int argc, ...)是一個(gè)可變參數(shù)函數(shù)，這個(gè)函數(shù)用于將 argc 指定個(gè)數(shù)的可變參數(shù)輸出。
VariableArgumentMethod(6, 4, 7, 3, 0, 7, 9); 是對(duì)這個(gè)函數(shù)的調(diào)用，第一個(gè)實(shí)參 6 表示后面跟了 6 個(gè)參數(shù)。

在 VariableArgumentMethod 的函數(shù)體中：

1. va_list pArg;

定義了一個(gè)用于持有可變參數(shù)的指針，通過(guò)將這個(gè)指針在傳入的可變參數(shù)表中移動(dòng)，可以持有第一個(gè)可變參數(shù)。

2. va_start(pArg, argc);

讓 pArg 指向可變參數(shù)列表中的第一個(gè)參數(shù)。argc 是一個(gè)用來(lái)定位的參數(shù)，因?yàn)榭勺儏?shù)是從 argc 后開(kāi)始的，后面會(huì)說(shuō)明為什么要這樣定位。

3. va_arg(pArg, int);

這句話放在循環(huán)體中，用于取出可變參數(shù)表中的參數(shù)。并且，它會(huì)讓 pArg 移向下個(gè)可變參數(shù)（如果已經(jīng)到達(dá)末尾，則它將指向一個(gè)沒(méi)有意義的地址）。

4. va_end(pArg);

給 pArg 清零，個(gè)人認(rèn)為在這里可有可無(wú)，因?yàn)?pArg 已經(jīng)不需要了。

就這樣，VariableArgumentMethod 函數(shù)體遍歷了可變參數(shù)表中傳入的參數(shù)，并用printf("%d, ", va_arg(pArg, int) ) 進(jìn)行了輸出。

二、實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)

1. 先了解一下編譯器如何處理傳遞參數(shù)這個(gè)問(wèn)題的。

編譯器是將參數(shù)壓入棧中進(jìn)行傳遞的。傳遞實(shí)參的時(shí)候，編譯器會(huì)從實(shí)參列表中，按從右到左的順序?qū)?shù)入棧，對(duì)于 VariableArgumentMethod(6, 4, 7, 3, 0, 7, 9)調(diào)用，則入棧的順序是 9, 7, 0, 3, 7, 4, 6 (注意沒(méi)有可變參數(shù)與不可變參數(shù)之分)。由于棧的地址是從高到低的，所以實(shí)參入棧后，實(shí)參在棧中的分布如下圖?？梢钥闯觯瑢?shí)參在棧中，還是保持了左邊參數(shù)處于低地址，右邊參數(shù)處于高地址的狀態(tài)。OK，知道這些就夠了。

低地址　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　高地址

...

6

4

7

3

0

7

9

...

棧

2. va_list, va_start, va_arg 和 va_end

va_list 是一個(gè)定義的指針類(lèi)型，va_start, va_arg 和 va_end 都是C語(yǔ)言用于處理可變參數(shù)而定義的宏，在stdarg.h文件中。由于硬件平臺(tái)的不同，編譯器的不同，導(dǎo)致它們的定義也有所不同，但基本思路相同。以下是相關(guān)宏的定義。

復(fù)制代碼代碼如下:

typedef char * va_list;

#define _ADDRESSOF(v) ( &(v) )

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

#define va_start(ap,v) ( ap = (va_list)_ADDRESSOF(v) + _INTSIZEOF(v) )

#define va_arg(ap,t) ( *(t *)((ap += _INTSIZEOF(t)) - _INTSIZEOF(t)) )

#define va_end(ap) ( ap = (va_list)0 )

可以看出，此處引入了另外兩個(gè)宏 _ADDRESSOF 和 _INTSIZEOF。

_ADDRESSOF(v) 是用于獲取變量地址的，這一眼就能看出來(lái);

_INTSIZEOF(n) 是用于對(duì)齊的。（什么是對(duì)齊呢？這是因?yàn)闂５慕Y(jié)構(gòu)導(dǎo)致的，在 32 位機(jī)中，棧中每個(gè)單元都是占 4 個(gè)字節(jié)的，這往往是一個(gè) int 型的長(zhǎng)度，但實(shí)際傳過(guò)來(lái)的參數(shù)可能并不正好是 4 個(gè)字節(jié)，或者正好是 4 的倍數(shù)個(gè)字節(jié)，就好像坐車(chē)時(shí)不會(huì)賣(mài)半個(gè)座位給乘客一樣，如果傳入的數(shù)據(jù)沒(méi)有正好占 4 個(gè)或 4 的倍數(shù)個(gè)字節(jié)，則需要對(duì)齊（補(bǔ)齊）。至于為什么這個(gè)表達(dá)式能夠?qū)R，需要分析一下）;

va_start(ap,v) 中，ap 是用于持有可變參數(shù)的指針， v 是最后一個(gè)非可變參數(shù)的參數(shù)，(va_list)_ADDRESSOF(v) 獲取 v 的地址，并轉(zhuǎn)為 va_list 類(lèi)型的，v 是最后一個(gè)非可變參數(shù)的參數(shù)，在本例中應(yīng)為 6, 在上圖中處理?xiàng)５牡偷刂范耍琠INTSIZEOF(v) 獲取了一個(gè)對(duì)齊地址，這里應(yīng)為 4, 兩個(gè)相加后，即指向了第一個(gè)可變參數(shù)，即上圖中的 4, 將這個(gè)值賦給 ap 后，就讓 ap 指向了第一個(gè)可變參數(shù)。（從這里可以看出，將va_list 定義為 char* 是很有用的，因?yàn)?char 長(zhǎng)度為一個(gè)字節(jié)，便于指針運(yùn)算）;

va_arg(ap,t) 中，ap 是用于持有可變參數(shù)的指針，t 是要獲取參數(shù)的類(lèi)型，ap += _INTSIZEOF(t) 讓 ap 指向下一個(gè)參數(shù)，但是，此處還需要獲取當(dāng)前參數(shù)的值，所以又將表達(dá)式減回來(lái)，返回的應(yīng)是一個(gè) va_list(char*) 型的指針，因此要轉(zhuǎn)型為 t* 后再進(jìn)行解引用運(yùn)算，得到當(dāng)前參數(shù)的值。（注意這里有個(gè)將 ap 移向下一個(gè)參數(shù)又減回來(lái)的操作，本人感覺(jué)不太好，一方面這里有個(gè)浪費(fèi)的操作，對(duì)性能會(huì)有一些影響，另一方面，我更希望將取當(dāng)前值的操作和移向下一個(gè)的操作分離，這樣可以讓程序員有更多的控制，并且容易理解。）

va_end(ap) 則是讓 ap 指向一個(gè)空地址。

通過(guò)以上分析，可以發(fā)現(xiàn)，C 語(yǔ)言中可變參數(shù)是從棧中按順序訪問(wèn)的，過(guò)程中所使用的三個(gè)宏，也只是對(duì)操作的簡(jiǎn)單包裝，完全可以自己編程實(shí)現(xiàn)。而且，參數(shù)的類(lèi)型和個(gè)數(shù)是不能直接確定的，在本例中，VariableArgumentMethod 的第一個(gè)參數(shù)用于指定參數(shù)的個(gè)數(shù)，而參數(shù)的類(lèi)型約定為整形，這樣程序才能正常運(yùn)行，再說(shuō)到 printf，它之所以能識(shí)別參數(shù)的個(gè)數(shù)，是因?yàn)樗牡谝粋€(gè)參數(shù)中必須要描述后面參數(shù)的格式字符串，這正是一開(kāi)始所提到的第一個(gè)問(wèn)題中說(shuō)到的要注意的問(wèn)題。這也是它被很多人所詬病的原因，但是，本人認(rèn)為這種方式是很好的，后面會(huì)與 java 和 .net 的實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行比較。

三、java 和 .net 實(shí)現(xiàn)可變參數(shù)的方式。

java 從1.5以后，開(kāi)始支持可變參數(shù)，其定義語(yǔ)法為：

復(fù)制代碼代碼如下:

void testMethod(String ... args)

對(duì)于這個(gè)方法，可以這樣調(diào)用：testMethod("gly", "zxy", "ChenFei");

.net 也支持可變參數(shù)，其定義語(yǔ)法為：

復(fù)制代碼代碼如下:

void TestMethod(params string[] args)

對(duì)于這個(gè)方法，可以這樣調(diào)用：TestMethod("gly", "zxy", "ChenFei");

在 java 和 .net 中，對(duì)于可變參數(shù)的實(shí)現(xiàn)基本是一樣的：編譯器在編譯時(shí)，將方法簽名中的可變參數(shù)視為相應(yīng)類(lèi)型的數(shù)組，編譯相應(yīng)的調(diào)用時(shí)，根據(jù)實(shí)參生成一個(gè)數(shù)組，將參數(shù)裝入到數(shù)組中進(jìn)行傳遞，而在可變參數(shù)方法的方法體中，按使用數(shù)組的方式使用可變參數(shù)。

四、兩種實(shí)現(xiàn)方式的比較

C 語(yǔ)言的實(shí)現(xiàn)方式與 java .net 的實(shí)現(xiàn)方式相比，C 語(yǔ)言需要程序員做更多的工作，而且，確實(shí)增加了出錯(cuò)的機(jī)會(huì)，java .net 的實(shí)現(xiàn)方式可以很容易的確定參數(shù)的類(lèi)型和個(gè)數(shù)，這些 C 的實(shí)現(xiàn)中是沒(méi)有的，但是 java .net 的實(shí)現(xiàn)方式會(huì)生成臨時(shí)數(shù)組，當(dāng)然 java .net 有垃圾回收機(jī)制，但是，垃圾什么時(shí)候被回收是不確定的，而且是代價(jià)很大的，垃圾回收是個(gè)好東西，但我不喜歡，我認(rèn)為不需要的東西應(yīng)該立即釋放，這是完美的一個(gè)方面的體現(xiàn)。C 中沒(méi)有這個(gè)問(wèn)題，參數(shù)的個(gè)數(shù)和類(lèi)型問(wèn)題可以靠約定或指定來(lái)解決，而這兩個(gè)問(wèn)題在 java 和 .net 中，參數(shù)個(gè)數(shù)其實(shí)是間接傳遞過(guò)去了(數(shù)組的長(zhǎng)度)，參數(shù)類(lèi)型則是在方法簽名中約定了。當(dāng)然，java .net 的設(shè)計(jì)目標(biāo)和 C 語(yǔ)言不同，這里說(shuō)多了。

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