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淺談C/C++中可變參數(shù)的原理

要理解可變參數(shù)，首先要理解函數(shù)調(diào)用約定， 為什么只有__cdecl的調(diào)用約定支持可變參數(shù)，而__stdcall就不支持?

專注于為中小企業(yè)提供做網(wǎng)站、網(wǎng)站建設(shè)服務(wù),電腦端+手機(jī)端+微信端的三站合一,更高效的管理,為中小企業(yè)石城免費(fèi)做網(wǎng)站提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。我們立足成都，凝聚了一批互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)人才，有力地推動了上1000家企業(yè)的穩(wěn)健成長，幫助中小企業(yè)通過網(wǎng)站建設(shè)實現(xiàn)規(guī)模擴(kuò)充和轉(zhuǎn)變。

實際上__cdecl和__stdcall函數(shù)參數(shù)都是從右到左入棧，它們的區(qū)別在于由誰來清棧，__cdecl由外部調(diào)用函數(shù)清棧，而__stdcall由被調(diào)用函數(shù)本身清棧， 顯然對于可變參數(shù)的函數(shù)，函數(shù)本身沒法知道外部函數(shù)調(diào)用它時傳了多少參數(shù)，所以沒法支持被調(diào)用函數(shù)本身清棧(__stdcall), 所以可變參數(shù)只能用__cdecll.

另外還要理解函數(shù)參數(shù)傳遞過程中堆棧是如何生長和變化的，從堆棧低地址到高地址，依次存儲 被調(diào)用函數(shù)局部變量，上一函數(shù)堆棧楨基址，函數(shù)返回地址，參數(shù)1， 參數(shù)2， 參數(shù)3...，相關(guān)知識可以參考我的這篇堆棧楨的生成原理

有了上面的知識，我可以知道函數(shù)調(diào)用時，參數(shù)2的地址就是參數(shù)1的地址加上參數(shù)1的長度，而參數(shù)3的地址是參數(shù)2的地址加上參數(shù)2的長度，以此類推。

于是我們可以自己寫可變參數(shù)的函數(shù)了， 代碼如下:

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. int Sum(int nCount, )
    2. 
  
  
  
  
  2. {
    3. 
  
  
  
  
  3.     int nSum = 0;
    4. 
  
  
  
  
  4.     int* p = &nCount;
    5. 
  
  
  
  
  5.     for(int i=0; i
  
  
  
  
  6.     {
    7. 
  
  
  
  
  7.         cout << *(++p) << endl;
    8. 
  
  
  
  
  8.         nSum += *p;
    9. 
  
  
  
  
  9.     }
    10. 
  
  
  
  
  10. 
  
  
  
  
  11.     cout << "Sum:" << nSum << endl << endl;
    12. 
  
  
  
  
  12.     return nSum;
    13. 
  
  
  
  
  13. }
    14. 
  
  
  
  
  14. 
  
  
  
  
  15. string  SumStr(int nCount, )
    16. 
  
  
  
  
  16. {
    17. 
  
  
  
  
  17.     string str;
    18. 
  
  
  
  
  18.     int* p = &nCount;
    19. 
  
  
  
  
  19. 
  
  
  
  
  20.     for(int i=0; i
  
  
  
  
  21.     {
    22. 
  
  
  
  
  22.         char* pTemp = (char*)*(++p);
    23. 
  
  
  
  
  23.         cout <<  pTemp << endl;
    24. 
  
  
  
  
  24.         str += pTemp;
    25. 
  
  
  
  
  25.     }
    26. 
  
  
  
  
  26. 
  
  
  
  
  27.     cout << "SumStr:" << str << endl;
    28. 
  
  
  
  
  28.     return str;
    29. 
  
  
  
  
  29. }
    30.

在我們的測試函數(shù)中nCount表示后面可變參數(shù)的個數(shù)，int Sum(int nCount, [[94242]])會打印后面的可變參數(shù)Int值，并且進(jìn)行累加；string  SumStr(int nCount, [[94242]]) 會打印后面可變參數(shù)字符串內(nèi)容，并連接所有字符串。

然后用下面代碼進(jìn)行測試:int main()

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. {
    2. 
  
  
  
  
  2.     Sum(3, 10, 20, 30);
    3. 
  
  
  
  
  3.     SumStr(5, "aa", "bb", "cc", "dd", "ff");
    4. 
  
  
  
  
  4.     
    5. 
  
  
  
  
  5.     system("pause");
    6. 
  
  
  
  
  6. 
  
  
  
  
  7.     return 0;
    8. 
  
  
  
  
  8. }
    9.

測試結(jié)果如下:

可以看到，我們上面的實現(xiàn)有硬編碼的味道，也有沒有做字節(jié)對齊，為此系統(tǒng)專門給我們封裝了一些支持可變參數(shù)的宏:

  
 
 
 
    
   
  
  
  
  1. //typedef char *  va_list;
    2. 
   
  
  
  
  2. //#define _ADDRESSOF(v)   ( &reinterpret_cast(v) )
    3. 
   
  
  
  
  3. //#define _INTSIZEOF(n)   ( (sizeof(n) + sizeof(int) - 1) & ~(sizeof(int) - 1) )
    4. 
   
  
  
  
  4. //#define _crt_va_start(ap,v)  ( ap = (va_list)_ADDRESSOF(v) + _INTSIZEOF(v) )
    5. 
   
  
  
  
  5. //#define _crt_va_arg(ap,t)    ( *(t *)((ap += _INTSIZEOF(t)) - _INTSIZEOF(t)) )
    6. 
   
  
  
  
  6. //#define _crt_va_end(ap)      ( ap = (va_list)0 )
    7. 
   
  
  
  
  7. //#define va_start _crt_va_start
    8. 
   
  
  
  
  8. //#define va_arg _crt_va_arg
    9. 
   
  
  
  
  9. //#define va_end _crt_va_end
    10. 
   
  
  
  
  10. //#define _ADDRESSOF(v)   ( &reinterpret_cast(v) )
    11. 
   
  
  
  
  11. //#define _INTSIZEOF(n)   ( (sizeof(n) + sizeof(int) - 1) & ~(sizeof(int) - 1) )
    12. 
   
  
  
  
  12. //#define _crt_va_start(ap,v)  ( ap = (va_list)_ADDRESSOF(v) + _INTSIZEOF(v) )
    13. 
   
  
  
  
  13. //#define _crt_va_arg(ap,t)    ( *(t *)((ap += _INTSIZEOF(t)) - _INTSIZEOF(t)) )
    14. 
   
  
  
  
  14. //#define _crt_va_end(ap)      ( ap = (va_list)0 )
    15. 
   
  
  
  
  15. //#define va_start _crt_va_start
    16. 
   
  
  
  
  16. //#define va_arg _crt_va_arg
    17. 
   
  
  
  
  17. //#define va_end _crt_va_end
    18.

用系統(tǒng)的這些宏，我們的代碼可以這樣寫了:

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. //use va_arg, praram is int
    2. 
  
  
  
  
  2. int SumNew(int nCount, )
    3. 
  
  
  
  
  3. {
    4. 
  
  
  
  
  4.     int nSum = 0;
    5. 
  
  
  
  
  5.     va_list vl = 0;
    6. 
  
  
  
  
  6.     va_start(vl, nCount);
    7. 
  
  
  
  
  7. 
  
  
  
  
  8.     for(int i=0; i
  
  
  
  
  9.     {
    10. 
  
  
  
  
  10.         int n = va_arg(vl, int);
    11. 
  
  
  
  
  11.         cout << n << endl;
    12. 
  
  
  
  
  12.         nSum += n;
    13. 
  
  
  
  
  13.     }
    14. 
  
  
  
  
  14. 
  
  
  
  
  15.     va_end(vl);
    16. 
  
  
  
  
  16.     cout << "SumNew:" << nSum << endl << endl;
    17. 
  
  
  
  
  17.     return nSum;
    18. 
  
  
  
  
  18. }
    19. 
  
  
  
  
  19. 
  
  
  
  
  20. //use va_arg,  praram is char*
    21. 
  
  
  
  
  21. string SumStrNew(int nCount, )
    22. 
  
  
  
  
  22. {
    23. 
  
  
  
  
  23.     string str;
    24. 
  
  
  
  
  24.     va_list vl = 0;
    25. 
  
  
  
  
  25.     va_start(vl, nCount);
    26. 
  
  
  
  
  26. 
  
  
  
  
  27.     for(int i=0; i
  
  
  
  
  28.     {
    29. 
  
  
  
  
  29.         char* p = va_arg(vl, char*);
    30. 
  
  
  
  
  30.         cout <<  p << endl;
    31. 
  
  
  
  
  31.         str += p;
    32. 
  
  
  
  
  32.     }
    33. 
  
  
  
  
  33. 
  
  
  
  
  34.     cout << "SumStrNew:" << str << endl << endl;
    35. 
  
  
  
  
  35.     return str;
    36. 
  
  
  
  
  36. }
    37.

可以看到，其中 va_list實際上只是一個參數(shù)指針，va_start根據(jù)你提供的最后一個固定參數(shù)來獲取第一個可變參數(shù)的地址，va_arg將指針指向下一個可變參數(shù)然后返回當(dāng)前值, va_end只是簡單的將指針清0.

用下面的代碼進(jìn)行測試:

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. int main() 
    2. 
  
  
  
  
  2. {
    3. 
  
  
  
  
  3.     Sum(3, 10, 20, 30);
    4. 
  
  
  
  
  4.     SumStr(5, "aa", "bb", "cc", "dd", "ff");
    5. 
  
  
  
  
  5.     
    6. 
  
  
  
  
  6.     SumNew(3, 1, 2, 3);
    7. 
  
  
  
  
  7.     SumStrNew(3, "12", "34", "56");
    8. 
  
  
  
  
  8. 
  
  
  
  
  9.     system("pause");
    10. 
  
  
  
  
  10. 
  
  
  
  
  11.     return 0;
    12. 
  
  
  
  
  12. }
    13.

結(jié)果如下:

我們上面的例子傳的可變參數(shù)都是4字節(jié)的， 如果我們的可變參數(shù)傳的是一個結(jié)構(gòu)體，結(jié)果會怎么樣呢?

下面的例子我們傳的可變參數(shù)是std::string

  
 
 
 
    
   
  
  
  
  1. //use va_arg,  praram is std::string
    2. 
   
  
  
  
  2. void SumStdString(int nCount, )
    3. 
   
  
  
  
  3. {
    4. 
   
  
  
  
  4.     string str;
    5. 
   
  
  
  
  5.     va_list vl = 0;
    6. 
   
  
  
  
  6.     va_start(vl, nCount);
    7. 
   
  
  
  
  7. 
   
  
  
  
  8.     for(int i=0; i
   
  
  
  
  9.     {
    10. 
   
  
  
  
  10.         string p = va_arg(vl, string);
    11. 
   
  
  
  
  11.         cout <<  p << endl;
    12. 
   
  
  
  
  12.         str += p;
    13. 
   
  
  
  
  13.     }
    14. 
   
  
  
  
  14. 
   
  
  
  
  15.     cout << "SumStdString:" << str << endl << endl;
    16. 
   
  
  
  
  16. }
    17. 
   
  
  
  
  17. int main() 
    18. 
   
  
  
  
  18. {
    19. 
   
  
  
  
  19. Sum(3, 10, 20, 30);
    20. 
   
  
  
  
  20. SumStr(5, "aa", "bb", "cc", "dd", "ff");
    21. 
   
  
  
  
  21. SumNew(3, 1, 2, 3);
    22. 
   
  
  
  
  22. SumStrNew(3, "12", "34", "56");
    23. 
   
  
  
  
  23. string s1("hello ");
    24. 
   
  
  
  
  24. string s2("world ");
    25. 
   
  
  
  
  25. string s3("!");
    26. 
   
  
  
  
  26. SumStdString(3, s1, s2, s3);
    27. 
   
  
  
  
  27. system("pause");
    28. 
   
  
  
  
  28. return 0;
    29. 
   
  
  
  
  29. }
    30.

運(yùn)行結(jié)果如下:

可以看到即使傳入的可變參數(shù)是std::string, 依然可以正常工作。

我們可以反匯編下看看這種情況下的參數(shù)傳遞過程:

很多時候編譯器在傳遞類對象時，即使是傳值，也會在堆棧上通過push對象地址的方式來傳遞，但是上面顯然沒有這么做，因為它要滿足可變參數(shù)的調(diào)用約定,

另外，可以看到最后在調(diào)用sumStdString后，由add esp, 58h來外部清棧。

一個std::string大小是28, 58h = 88 = 28 + 28 + 28 + 4.

從上面的例子我們可以看到，對于可變參數(shù)的函數(shù)，有2種東西需要確定，一是可變參數(shù)的數(shù)量， 二是可變參數(shù)的類型，上面的例子中，參數(shù)數(shù)量我們是在第一個參數(shù)指定的，參數(shù)類型我們是自己約定的。這種方式在實際使用中顯然是不方便，于是我們就有了_vsprintf, 我們根據(jù)一個格式化字符串的來表示可變參數(shù)的類型和數(shù)量，比如C教程中入門就要學(xué)習(xí)printf, sprintf等。

總的來說可變參數(shù)給我們提供了很高的靈活性和方便性，但是也給會造成不確定性，降低我們程序的安全性，很多時候可變參數(shù)數(shù)量或類型不匹配，就會造成一些不容察覺的問題，只有更好的理解它背后的原理，我們才能更好的駕馭它。


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