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淺談C/C++中可變參數(shù)的原理

開發(fā) 后端
以前只是知道C/C++可變參數(shù)怎么用,但是一直對它的原理是似懂非懂,現(xiàn)在對計(jì)算機(jī)有了比較深刻的認(rèn)識之后,回頭再看,豁然開朗。

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?

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

在我們的測試函數(shù)中nCount表示后面可變參數(shù)的個(gè)數(shù),int Sum(int nCount, [[94242]])會(huì)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(huì)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.     Sum(3, 10, 20, 30); 
  2.     SumStr(5, "aa""bb""cc""dd""ff"); 
  3.      
  4.     system("pause"); 
  5.  
  6.     return 0; 

測試結(jié)果如下:

可以看到,我們上面的實(shí)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. //#define _ADDRESSOF(v)   ( &reinterpret_cast<const char &>(v) ) 
  3. //#define _INTSIZEOF(n)   ( (sizeof(n) + sizeof(int) - 1) & ~(sizeof(int) - 1) ) 
  4. //#define _crt_va_start(ap,v)  ( ap = (va_list)_ADDRESSOF(v) + _INTSIZEOF(v) ) 
  5. //#define _crt_va_arg(ap,t)    ( *(t *)((ap += _INTSIZEOF(t)) - _INTSIZEOF(t)) ) 
  6. //#define _crt_va_end(ap)      ( ap = (va_list)0 ) 
  7. //#define va_start _crt_va_start 
  8. //#define va_arg _crt_va_arg 
  9. //#define va_end _crt_va_end 
  10. //#define _ADDRESSOF(v)   ( &reinterpret_cast<const char &>(v) ) 
  11. //#define _INTSIZEOF(n)   ( (sizeof(n) + sizeof(int) - 1) & ~(sizeof(int) - 1) ) 
  12. //#define _crt_va_start(ap,v)  ( ap = (va_list)_ADDRESSOF(v) + _INTSIZEOF(v) ) 
  13. //#define _crt_va_arg(ap,t)    ( *(t *)((ap += _INTSIZEOF(t)) - _INTSIZEOF(t)) ) 
  14. //#define _crt_va_end(ap)      ( ap = (va_list)0 ) 
  15. //#define va_start _crt_va_start 
  16. //#define va_arg _crt_va_arg 
  17. //#define va_end _crt_va_end 

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

可以看到,其中 va_list實(shí)際上只是一個(gè)參數(shù)指針,va_start根據(jù)你提供的最后一個(gè)固定參數(shù)來獲取第一個(gè)可變參數(shù)的地址,va_arg將指針指向下一個(gè)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.     Sum(3, 10, 20, 30); 
  3.     SumStr(5, "aa", "bb", "cc", "dd", "ff"); 
  4.      
  5.     SumNew(3, 1, 2, 3); 
  6.     SumStrNew(3, "12", "34", "56"); 
  7.  
  8.     system("pause"); 
  9.  
  10.     return 0; 

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

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(shí)候編譯器在傳遞類對象時(shí),即使是傳值,也會(huì)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?yàn)樗獫M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(gè)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(gè)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(shí)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(gè)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(huì)造成不確定性,降低我們程序的安全性,很多時(shí)候可變參數(shù)數(shù)量或類型不匹配,就會(huì)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。

原文鏈接:http://www.cnblogs.com/weiym/archive/2012/09/18/2689917.html

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責(zé)任編輯:彭凡 來源: 博客園
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