C/C++中可變參數的用法詳細解析

2020-01-26 15:50:52

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可變參數即表示參數個數可以變化，可多可少，也表示參數的類型也可以變化，可以是int，double還可以是char*，類，結構體等等。可變參數是實現printf()，sprintf()等函數的關鍵之處，也可以用可變參數來對任意數量的數據進行求和，求平均值帶來方便（不然就用數組或每種寫個重載）。在C#中有專門的關鍵字parame，但在C,C++并沒有類似的語法，不過幸好提供這方面的處理函數，本文將重點介紹如何使用這些函數。

第一步可變參數表示
用三個點…來表示，查看printf()函數和scanf()函數的聲明：
int printf(const char *, ...);
int scanf(const char *, ...);

這三個點用在宏中就是變參宏（Variadic Macros），默認名稱為__VA_ARGS__。如：
#define WriteLine(...) { printf(__VA_ARGS__); putchar('/n');}
再WriteLine("MoreWindows");

考慮下printf()的返回值是表示輸出的字節數。將上面宏改成：
#define WriteLine (...) printf(__VA_ARGS__) + (putchar('/n') != EOF ? 1: 0);
這樣就可以得到WriteLine宏的返回值了，它將返回輸出的字節數，包括最后的'/n'。如下例所示i和j都將輸出12。

復制代碼代碼如下:

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

第二步如何處理va_list類型
函數內部對可變參數都用va_list及與它相關的三個宏來處理，這是實現變參參數的關鍵之處。
在<stdarg.h>中可以找到va_list的定義：
typedef char * va_list;
再介紹與它關系密切的三個宏要介紹下：va_start()，va_end()和va_arg()。

同樣在<stdarg.h>中可以找到這三個宏的定義：
#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宏定義如下：
#define _INTSIZEOF(n) ( (sizeof(n) + sizeof(int) - 1) & ~(sizeof(int) - 1) )

來分析這四個宏：
va_end(ap)這個最簡單，就是將指針置成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)就有點小復雜了。( (sizeof(n) + sizeof(int) - 1) & ~(sizeof(int) - 1) )全是位操作，看起來有點麻煩，其實不然，非常簡單的，就是取整到sizeof(int)。比如sizeof(int)為4，1,2,3,4就取4，5,6,7,8就取8。對x向n取整用C語言的算術表達就是((x+n-1)/n)*n，當n為2的冪時可以將最后二步運算換成位操作――將最低 n - 1個二進制位清 0就可以了。

va_arg(ap,t)就是從ap中取出類型為t的數據，并將指針相應后移。如va_arg(ap, int)就表示取出一個int數據并將指針向移四個字節。

因此在函數中先用va_start()得到變參的起始地址，再用va_arg()一個一個取值，最后再用va_end()收尾就可以解析可變參數了。

第三步 vfprintf()函數和vsprintf()函數
vfprintf()這個函數很重要，光從名字上看就知道它與經常使用的printf()函數有很大的關聯。它有多個重載版本，這里講解最常用的一種：
函數原型

復制代碼代碼如下:

int vfprintf(

FILE *stream,

const char *format,

va_list argptr

);

第一個參數為一個FILE指針。FILE結構在C語言的讀寫文件必不可少。要對屏幕輸出傳入stdout。
第二個參數指定輸出的格式。
第三個參數是va_list類型，這個少見，但其實就是一個char*表示可變參參數的起始地址。
返回值：成功返回輸出的字節數（不包括最后的'/0'），失敗返回-1。
vsprintf()與上面函數類似，就只列出函數原型了：

復制代碼代碼如下:

int vsprintf(

char *buffer,

const char *format,

va_list argptr

);

還有一個int _vscprintf(const char *format, va_list argptr );可以用來計算vsprintf()函數中的buffer字符串要多少字節的空間。

代碼范例
下面就給出了自己實現的printf()函數(注1)與WriteLine()函數

復制代碼代碼如下:

 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);
}

調用與printf()函數相同。
再給出一個用可變參數來求和，遺憾的在C,C++中無法確定傳入的可變參數的個數（printf()中是通過掃描'%'個數來確實參數的個數的），因此要么就要指定個數，要么在參數的最后要設置哨兵數值：
設置哨兵數值：

復制代碼代碼如下:

const int GUARDNUMBER = 0; //哨兵標識
//變參參數的個數無法確定，在printf()中是通過掃描'%'個數，在這通過設置哨兵標識來確定變參參數的終止
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;
}

可以這樣的調用： printf("%d/n", MySum(1, 3, 5, 7, 9, 0));
但不可以直接傳入一個0： printf("%d/n", MySum(0)); //error
指定個數：

復制代碼代碼如下:

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;
}

調用時第一個參數表示后面參數的個數如：
printf("%d/n", MySum(5, 1, 3, 5, 7, 9));
printf("%d/n", MySum(0));

代碼所用的頭文件：
#include <stdarg.h>
#include <stdio.h>

可變參數的使用方法遠遠不止上述幾種，不過在C,C++中使用可變參數時要小心，在使用printf()等函數時傳入的參數個數一定不能比前面的格式化字符串中的'%'符號個數少，否則會產生訪問越界，運氣不好的話還會導致程序崩潰。

可變參數的原形理涉及到調用函數時參數的入棧問題，這個下次再開一篇進行專門的探討。

注1．網上有不用vfprintf()自己解析參數來實現printf()的，但很少能將功能做到與printf()相近（實際上能完全熟悉printf()的人已經就不多，不信的話可以先看看《C陷阱與缺陷》了解printf()很多不太常用的參數，再去Microsoft Visual Studio/VC98/CRT/SRC中查看OUTPUT.C對printf()的實現）。

注2．如果輸出單個字符 putchar(ch)會比printf(“%c”, ch)效率高的多。在字符串不長的情況下，多次調用putchar()也會比調用printf(“%s/n”, szStr);的效率高。在函數大量調用時非常明顯。