前言

變長參數，指的是函數參數數量可變，或者說函數接受參數的數量可以不固定。實際上，我們最開始學C語言的時候，就用到了這樣的函數:printf，它接受任意數量的參數，向終端格式化輸出字符串。本文就來探究一下，變長參數函數的實現機制是怎樣的，以及我們自己如何實現一個變長參數函數。在此之前，我們先來了解一下參數入棧順序是怎樣的。

函數參數入棧順序

我們可能知道，參數入棧順序是從右至左，是不是這樣的呢？我們可以通過一個小程序驗證一下。小程序做的事情很簡單，main函數調用了傳入８個參數的test函數，test函數打印每個參數的地址。

#include

void test(int a,int b,int c,int d,int e,int f,int g,int h)

{

printf("%p\n%p\n%p\n%p\n%p\n%p\n%p\n%p\n",&a,&b,&c,&d,&e,&f,&g,&h);

}

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

{

int a = 1;

int b = 2;

int c = 3;

int d = 4;

int e = 5;

int f = 6;

int g = 7;

int h = 8;

test(a,b,c,d,e,f,g,h);

return 0;

}

編譯成32位程序：

gcc -m32 -o paraTest paraTest.c

運行(不同的機器運行結果不同，且每次運行結果也不一定相同)：

0xffdadff0

0xffdadff4

0xffdadff8

0xffdadffc

0xffdae000

0xffdae004

0xffdae008

0xffdae00c

觀察打印出來的地址，可以發現，從ａ到ｈ地址值依次增加４。我們知道，棧是從高地址向低地址增長的，從地址值可以推測ｈ是最先入棧，ａ是最后入棧的。也就是說，參數是從右往左入棧的(注:并非所有語言都是如此)。

但是如果將函數test參數ｂ改為char 型呢？運行結果如下:

0xffb29500

0xffb294ec

0xffb29508

0xffb2950c

0xffb29510

0xffb29514

0xffb29518

0xffb2951c

觀察結果可以發現，ｂ的地址并非是ａ的地址值加４，也不是在ａ和ｃ的地址值之間，這是為何？這是編譯器出于對空間，壓棧速度等因素的考慮，對其進行了優化，但這并不影響變長參數的實現。

對于上面的情況，如果我們編譯成64位程序又是什么樣的情況呢？

gcc -o paraTest paraTest.c

./paraTest

運行結果如下:

0x7fff4b83cbcc

0x7fff4b83cbc8

0x7fff4b83cbc4

0x7fff4b83cbc0

0x7fff4b83cbbc

0x7fff4b83cbb8

0x7fff4b83cbe0

0x7fff4b83cbe8

通過觀察可以發現，從參數ａ到ｆ，其地址似乎是遞減的，而從ｇ到ｈ地址又變成遞增的了，這是為什么呢？事實上，對于x86-64，當參數個數超過６時，前６個參數可以通過寄存器傳遞，而第７～n個參數則會通過棧傳遞，并且數據大小都向８的倍數對齊。也就是說，對于７～ｎ個參數，依然滿足從右往左入棧，只是對于前６個參數，它們是通過寄存器來傳遞的。另外，寄存器的訪問速度相對于內存來說要快得多，因此為了提高空間和時間效率，實際中其實不建議參數超過６個。

對于函數參數入棧順序我們就了解到這里，但是參數入棧順序和變長參數又有什么關系呢？

變長參數實現分析

通過前面的例子，我們了解到函數參數是從右往左依次入棧的，而且第一個參數位于棧頂。那么，我們就可以通過第一個參數進行地址偏移，來得到第二個，第三個參數的地址，是不是可以實現呢？我們來看一個32位程序的例子。例子同樣很簡單，我們通過ａ的地址來獲取其他參數的地址：

#include

void test( int a, char b, int c, int d, int e)

{

printf("%d\n%d\n%d\n%d\n%d\n\n",a,*(&a+1),*(&a+2),*(&a+3),*(&a+4));

}

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

{

int a = 1;

char b = 2;

int c = 3;

int d = 4;

int e = 5;

test(a,b,c,d,e);

return 0;

}

編譯為32位程序運行：

gcc -m32 -o paraTest paraTest.c

./paraTest

1

2

3

4

5

通過觀察運行結果我們可以發現，即使只有ａ的地址也可以訪問到其他參數。也就是說，即便傳入的參數是多個，只要我們知道每個參數的類型，只需通過第一個參數就能夠通過地址偏移正確訪問到其他參數。同時我們也注意到，即便ｂ是char類型，訪問ｃ的值也是偏移４的倍數地址，這是字節對齊的緣故，有興趣的可以閱讀理一理字節對齊的那些事。

變長參數實現

經過前面的理解分析，我們知道，正是由于參數從右往左入棧(但是要注意的是，對于ｘ86-64，它的參數不是完全從右往左入棧，且參數可能不在一個連續的區域中，它的變長參數實現也更為復雜，我們這里不展開)可以實現變長參數。當然了，這一切，Ｃ已經有現成可用的一些東西來幫我們實現變長參數。

它主要通過一個類型(va_list)和三個宏(va_start、va_arg、va_end)來實現

va_list ：存儲參數的類型信息，32位和64位實現不一樣。

void va_start ( va_list ap, paramN );

參數：

ap: 可變參數列表地址

paramN: 確定的參數

功能：初始化可變參數列表，會把paraN之后的參數放入ap中

type va_arg ( va_list ap, type );

功能：返回下一個參數的值。

void va_end ( va_list ap );

功能：完成清理工作。

可變參數函數實現的步驟如下:１.在函數中創建一個va_list類型變量

２.使用va_start對其進行初始化

３.使用va_arg訪問參數值

４.使用va_end完成清理工作

接下來我們來實現一個變長參數函數來對給定的一組整數進行求和。程序清單如下:

#include

/*要使用變長參數的宏，需要包含下面的頭文件*/

#include

/*

* getSum：用于計算一組整數的和

* num：整數的數量

*

* */

int getSum(int num,...)

{

va_list ap;//定義參數列表變量

int sum = 0;

int loop = 0;

va_start(ap,num);

/*遍歷參數值*/

for(;loop < num ; loop++)

{

/*取出并加上下一個參數值*/

sum += va_arg(ap,int);

}

va_end(ap);

return sum;

}

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

{

int sum = 0;

sum = getSum(5,1,2,3,4,5);

printf("%d\n",sum);

return 0;

}

上面的小程序接受變長參數，第一個參數表明將要計算和的整數個數，后面的參數是要計算的值。

編譯運行可得結果:15。

但是我們要注意的是，這個小程序不像printf那樣，對傳入的參數做了校驗，因此一但傳入的參數num和實際參數不匹配，或者傳入類型與要計算的int類型不匹配，將會出現不可預知的錯誤。我們舉一個簡單的例子，如果第二個參數傳入一個浮點數，程序清單如下:

#include

/*要使用變長參數的宏，需要包含下面的頭文件*/

#include

/*

* getSum：用于計算一組整數的和

* num：整數的數量

*

* */

int getSum(int num,...)

{

va_list ap;//定義參數列表變量

int sum = 0;

int loop = 0;

int value = 0;

va_start(ap,num);

for(;loop < num ; loop++)

{

value = va_arg(ap,int);

printf("the %d value is %d\n",loop.value);

sum += value;

}

va_end(ap);

return sum;

}

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

{

int sum = 0;

float a = 8.25f;

printf("a to int=%d\n",*(int*)&a);

sum = getSum(5,a,2,3,4,5);

printf("%d\n",sum);

return 0;

}

編譯運行:

gcc -m32 -o multiPara multiPara.c

./multiPara

a to int=1090781184

the 0 loop value is 0

the 1 loop value is 1075871744

the 2 loop value is 2

the 3 loop value is 3

the 4 loop value is 4

the sum is1075871753

觀察上面的運行結果，發現結果與我們所預期大相徑庭，我們可能會有以下幾個疑問:１．把a的地址上的值轉換為int，為什么會是1090781184?

２．getSum函數中，為什么第一個值是0？

３．getSum函數中，為什么第二個值是1075871744？

４．getSum函數中，為什么沒有獲取到5？

５．為什么最后的結果不是我們預期的值?

我們逐一解答第一個問題，我們不在本文解釋，但可以通過對浮點數的一些理解來找到答案。

對于第二個、第三個問題以及第四個問題，涉及到類型提升。也就是說在C語言中，調用一個不帶原型聲明的函數時，調用者會對每個參數執行“默認實際參數提升"，提升規則如下:

——float將提升到double

——char、short和相應的signed、unsigned類型將提升到int

——如果int不能存儲原值，則提升到unsigned int

那么也就可以理解了，調用者會將提升之后的參數傳給被調用者。也就是說a被提升為了8字節的double類型，自然而然，而我們取值是按int４字節取值，第一次取值取的double的前４字節，第二次取的后４字節，而由于總共取數５次，因此最后的５也就不會被取到。

了解了前面幾個問題的答案，那么最后一個問題的答案也就隨之而出了。前面取值已經不對了，最后的結果自然不是我們想要的。

總結

通過前面的分析和示例，我們來做一些總結變長參數實現的基本原理

對于x86來說，函數參數入棧順序為從右往左，因此，在知道第一個參數地址之后，我們能夠通過地址偏移獲取其他參數，雖然x86-64在實現上略有不同，但`對于開發者使用來說，實現變長參數函數沒有32位和64位的區別。

變長參數實現注意事項

１．…前的參數可以有1個或多個，但前一個必須是確定類型。

２．傳入參數會可能會出現類型提升。

３．va_arg的type類型不能是char,short int,float等類型，否則取值不正確，原因為第２點。

４．va_arg不能往回取參數，但可以使用va_copy拷貝va_list，以備后用。

５．變長參數類型注意做好檢查，例如可以采用printf的占位符方式等等。

６．即便printf有類型檢查，但也要注意參數匹配，例如，將int類型匹配%s打印，將會出現嚴重問題。

７．當傳入參數個數少于使用的個數時，可能會出現嚴重問題，當傳入參數大于使用的個數時，多出的參數不會被處理使用。

８．注意字節對齊問題。

總結

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