C/C++中可变参数的用法详细解析

 更新时间:2013年09月22日 09:08:14   作者:  
可变参数的使用方法远远不止以下介绍的几种,不过在C,C++中使用可变参数时要小心,在使用printf()等函数时传入的参数个数一定不能比前面的格式化字符串中的’%’符号个数少,否则会产生访问越界,运气不好的话还会导致程序崩溃

可变参数即表示参数个数可以变化,可多可少,也表示参数的类型也可以变化,可以是int,double还可以是char*,类,结构体等等。可变参数是实现printf(),sprintf()等函数的关键之处,也可以用可变参数来对任意数量的数据进行求和,求平均值带来方便(不然就用数组或每种写个重载)。在C#中有专门的关键字parame,但在C,C++并没有类似的语法,不过幸好提供这方面的处理函数,本文将重点介绍如何使用这些函数。

第一步 可变参数表示
用三个点…来表示,查看printf()函数和scanf()函数的声明:
int printf(const char *, ...);
int scanf(const char *, ...);

这三个点用在宏中就是变参宏(Variadic Macros),默认名称为__VA_ARGS__。如:
#define WriteLine(...) { printf(__VA_ARGS__); putchar('\n');}
再WriteLine("MoreWindows");

考虑下printf()的返回值是表示输出的字节数。将上面宏改成:
#define WriteLine (...) printf(__VA_ARGS__) + (putchar('\n') != EOF ? 1: 0);
这样就可以得到WriteLine宏的返回值了,它将返回输出的字节数,包括最后的'\n'。如下例所示i和j都将输出12。

复制代码 代码如下:

       int i = WriteLine("MoreWindows");
       WriteLine("%d", i);
       int j = printf("%s\n", "MoreWindows");
       WriteLine("%d", j);

第二步 如何处理va_list类型
函数内部对可变参数都用va_list及与它相关的三个宏来处理,这是实现变参参数的关键之处。
在<stdarg.h>中可以找到va_list的定义:
typedef char *  va_list;
再介绍与它关系密切的三个宏要介绍下:va_start(),va_end()和va_arg()。

同样在<stdarg.h>中可以找到这三个宏的定义:
#define va_start(ap,v)  ( ap = (va_list)&v + _INTSIZEOF(v) )
#define va_end(ap)      ( ap = (va_list)0 )
#define va_arg(ap,t)    ( *(t *)((ap += _INTSIZEOF(t)) - _INTSIZEOF(t)) )
其中用到的_INTSIZEOF宏定义如下:
#define _INTSIZEOF(n) ( (sizeof(n) + sizeof(int) - 1) & ~(sizeof(int) - 1) )

来分析这四个宏:
va_end(ap)这个最简单,就是将指针置成NULL。
va_start(ap,v)中ap = (va_list)&v + _INTSIZEOF(v)先是取v的地址,再加上_INTSIZEOF(v)。_INTSIZEOF(v)就有点小复杂了。( (sizeof(n) + sizeof(int) - 1) & ~(sizeof(int) - 1) )全是位操作,看起来有点麻烦,其实不然,非常简单的,就是取整到sizeof(int)。比如sizeof(int)为4,1,2,3,4就取4,5,6,7,8就取8。对x向n取整用C语言的算术表达就是((x+n-1)/n)*n,当n为2的幂时可以将最后二步运算换成位操作——将最低 n - 1个二进制位清 0就可以了。

va_arg(ap,t)就是从ap中取出类型为t的数据,并将指针相应后移。如va_arg(ap, int)就表示取出一个int数据并将指针向移四个字节。

因此在函数中先用va_start()得到变参的起始地址,再用va_arg()一个一个取值,最后再用va_end()收尾就可以解析可变参数了。

第三步 vfprintf()函数和vsprintf()函数
vfprintf()这个函数很重要,光从名字上看就知道它与经常使用的printf()函数有很大的关联。它有多个重载版本,这里讲解最常用的一种:
函数原型

复制代码 代码如下:

int vfprintf(

   FILE *stream,

   const char *format,

   va_list argptr

);


第一个参数为一个FILE指针。FILE结构在C语言的读写文件必不可少。要对屏幕输出传入stdout。
第二个参数指定输出的格式。
第三个参数是va_list类型,这个少见,但其实就是一个char*表示可变参参数的起始地址。
返回值:成功返回输出的字节数(不包括最后的'\0'),失败返回-1。
vsprintf()与上面函数类似,就只列出函数原型了:
复制代码 代码如下:

int vsprintf(

   char *buffer,

   const char *format,

   va_list argptr

);


还有一个int _vscprintf(const char *format, va_list argptr );可以用来计算vsprintf()函数中的buffer字符串要多少字节的空间。

代码范例
下面就给出了自己实现的printf()函数(注1)与WriteLine()函数
 

复制代码 代码如下:

 int Printf(char *pszFormat, ...) 
{
       va_list   pArgList;

       va_start(pArgList, pszFormat);
       int nByteWrite = vfprintf(stdout, pszFormat, pArgList);
       va_end(pArgList);

       return nByteWrite;
}

int WriteLine(char *pszFormat, ...)
{
       va_list   pArgList;

       va_start(pArgList, pszFormat);
       int nByteWrite = vfprintf(stdout, pszFormat, pArgList);
       if (nByteWrite != -1)
              putchar('\n'); //注2
       va_end(pArgList);

       return (nByteWrite == -1 ? -1 : nByteWrite + 1);
}

调用与printf()函数相同。
再给出一个用可变参数来求和,遗憾的在C,C++中无法确定传入的可变参数的个数(printf()中是通过扫描'%'个数来确实参数的个数的),因此要么就要指定个数,要么在参数的最后要设置哨兵数值:
设置哨兵数值:
复制代码 代码如下:

const int GUARDNUMBER = 0; //哨兵标识
//变参参数的个数无法确定,在printf()中是通过扫描'%'个数,在这通过设置哨兵标识来确定变参参数的终止
int MySum(int i, ...)
{
       int sum = i;
       va_list argptr;

       va_start(argptr, i);
       while ((i = va_arg(argptr, int)) != GUARDNUMBER)
              sum += i;
       va_end(argptr);

       return sum;
}

可以这样的调用:   printf("%d\n", MySum(1, 3, 5, 7, 9, 0));
但不可以直接传入一个0:   printf("%d\n", MySum(0)); //error
指定个数:
复制代码 代码如下:

int MySum(int nCount, ...)
{
       if (nCount <= 0)
              return 0;

       int sum = 0;
       va_list argptr;

       va_start(argptr, nCount);
       for (int i = 0; i < nCount; i++)
              sum += va_arg(argptr, int);
       va_end(argptr);

       return sum;
}

调用时第一个参数表示后面参数的个数如:
       printf("%d\n", MySum(5, 1, 3, 5, 7, 9));
       printf("%d\n", MySum(0));

代码所用的头文件:
#include <stdarg.h>
#include <stdio.h>

可变参数的使用方法远远不止上述几种,不过在C,C++中使用可变参数时要小心,在使用printf()等函数时传入的参数个数一定不能比前面的格式化字符串中的'%'符号个数少,否则会产生访问越界,运气不好的话还会导致程序崩溃。

可变参数的原形理涉及到调用函数时参数的入栈问题,这个下次再开一篇进行专门的探讨。

注1.网上有不用vfprintf()自己解析参数来实现printf()的,但很少能将功能做到与printf()相近(实际上能完全熟悉printf()的人已经就不多,不信的话可以先看看《C陷阱与缺陷》了解printf()很多不太常用的参数,再去Microsoft Visual Studio\VC98\CRT\SRC中查看OUTPUT.C对printf()的实现)。

注2.如果输出单个字符 putchar(ch)会比printf(“%c”, ch)效率高的多。在字符串不长的情况下,多次调用putchar()也会比调用printf(“%s\n”, szStr);的效率高。在函数大量调用时非常明显。

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