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水滴石穿C語言之可變引數問題


  C語言中有一種長度不確定的引數,形如:"…",它主要用在引數個數不確定的函式中,我們最容易想到的例子是printf函式。

  原型:
int printf( const char *format [, argument]... );
使用例:

printf("Enjoy yourself everyday!n");
printf("The value is %d!n", value);

  這種可變引數可以說是C語言一個比較難理解的部分,這裡會由幾個問題引發一些對它的分析。

  注意:在C++中有函式過載(overload)可以用來區別不同函式引數的呼叫,但它還是不能表示任意數量的函式引數。

  問題:printf的實現

  請問,如何自己實現printf函式,如何處理其中的可變引數問題? 答案與分析:

  在標準C語言中定義了一個頭檔案專門用來對付可變引數列表,它包含了一組巨集,和一個va_list的typedef宣告。一個典型實現如下:

typedef char* va_list;
#define va_start(list) list = (char*)&va_alist
#define va_end(list)
#define va_arg(list, mode)
((mode*) (list += sizeof(mode)))[-1]
自己實現printf:
#include
int printf(char* format, …)
{
va_list ap;
va_start(ap, format);
int n = vprintf(format, ap);
va_end(ap);
return n;
}

  問題:執行時才確定的引數

  有沒有辦法寫一個函式,這個函式引數的具體形式可以在執行時才確定?

  答案與分析:

  目前沒有"正規"的解決辦法,不過獨門偏方倒是有一個,因為有一個函式已經給我們做出了這方面的榜樣,那就是main(),它的原型是:

int main(int argc,char *argv[]);

  函式的引數是argc和argv。

  深入想一下,"只能在執行時確定引數形式",也就是說你沒辦法從宣告中看到所接受的引數,也即是引數根本就沒有固定的形式。常用的辦法是你可以通過定義一個void *型別的引數,用它來指向實際的引數區,然後在函式中根據根據需要任意解釋它們的含義。這就是main函式中argv的含義,而argc,則用來表明實際的引數個數,這為我們使用提供了進一步的方便,當然,這個引數不是必需的。

  雖然引數沒有固定形式,但我們必然要在函式中解析引數的意義,因此,理所當然會有一個要求,就是呼叫者和被調者之間要對引數區內容的格式,大小,有效性等所有方面達成一致,否則南轅北轍各說各話就慘了。

  問題:可變長引數的傳遞

  有時候,需要編寫一個函式,將它的可變長引數直接傳遞給另外的函式,請問,這個要求能否實現?

  答案與分析:

  目前,你尚無辦法直接做到這一點,但是我們可以迂迴前進,首先,我們定義被呼叫函式的引數為va_list型別,同時在呼叫函式中將可變長引數列表轉換為va_list,這樣就可以進行變長引數的傳遞了。看如下所示:

void subfunc (char *fmt, va_list argp)
{
...
arg = va_arg (fmt, argp); /* 從argp中逐一取出所要的引數 */
...
}

void mainfunc (char *fmt, ...)
{
va_list argp;
va_start (argp, fmt); /* 將可變長引數轉換為va_list */
subfunc (fmt, argp); /* 將va_list傳遞給子函式 */
va_end (argp);
...
}

  問題:可變長引數中型別為函式指標

  我想使用va_arg來提取出可變長引數中型別為函式指標的引數,結果卻總是不正確,為什麼?

  答案與分析:

  這個與va_arg的實現有關。一個簡單的、演示版的va_arg實現如下:

#define va_arg(argp, type)
(*(type *)(((argp) += sizeof(type)) - sizeof(type)))

  其中,argp的型別是char *。

  如果你想用va_arg從可變引數列表中提取出函式指標型別的引數,例如

int (*)(),則va_arg(argp, int (*)())被擴充套件為:
(*(int (*)() *)(((argp) += sizeof (int (*)())) -sizeof (int (*)())))

  顯然,(int (*)() *)是無意義的。

  解決這個問題的辦法是將函式指標用typedef定義成一個獨立的資料型別,例如:

typedef int (*funcptr)();

  這時候再呼叫va_arg(argp, funcptr)將被擴充套件為:

(* (funcptr *)(((argp) += sizeof (funcptr)) - sizeof (funcptr)))

  這樣就可以通過編譯檢查了。

  問題:可變長引數的獲取

  有這樣一個具有可變長引數的函式,其中有下列程式碼用來獲取型別為float的實參:

va_arg (argp, float);

  這樣做可以嗎?

  答案與分析:

  不可以。在可變長引數中,應用的是"加寬"原則。也就是float型別被擴充套件成double;char, short被擴充套件成int。因此,如果你要去可變長引數列表中原來為float型別的引數,需要用va_arg(argp, double)。對char和short型別的則用va_arg(argp, int)。

  問題:定義可變長引數的一個限制

  為什麼我的編譯器不允許我定義如下的函式,也就是可變長引數,但是沒有任何的固定引數?

int f (...)
{
...
}  

  答案與分析:

  不可以。這是ANSI C 所要求的,你至少得定義一個固定引數。

  這個引數將被傳遞給va_start(),然後用va_arg()和va_end()來確定所有實際呼叫時可變長引數的型別和值。