C++可变参数的实现方法

可变参数的实现要解决三个问题:

1.如何调用带有可变参数的函数
2.如何编译有可变参数的程序
3.在带有可变参数的函数体中如何持有可变参数
第一个问题, 调用时在可以传入可变参数的地方传入可变参数即可，当然，还有一些需要注意的地方，后面会提到。

第二个问题，编译器需要在编译时采用一种宽松的检查方案,，这会带来一些问题, 比如对编程查错不利。

第三个是我在这里要关心的问题，先以C语言为例分析其实现原理。

printf和scanf是C语言标准库中最常见的可变参数函数, printf的签名是

代码如下:

int printf(const char* format, ...);

其中，... 表示可变参数，现在模仿printf写一个简单的例子。

一、一个简单了例子:

代码如下:

#include <windows.h>
#include <stdio.h>

void VariableArgumentMethod(int argc, ...);

int main(){
    VariableArgumentMethod(6, 4, 7, 3, 0, 7, 9);
    return 0;
}

void VariableArgumentMethod(int argc, ...){
    // 声明一个指针, 用于持有可变参数
    va_list pArg;
    // 将 pArg 初始化为指向第一个参数
    va_start(pArg, argc);
    // 输出参数
　　for(int i = 0; i != argc; ++i){
        // 获取 pArg 所指向的参数并输出
        printf("%d, ", va_arg(pArg, int) );
    }

va_end(pArg);
}

void VariableArgumentMethod(int argc, ...)是一个可变参数函数，这个函数用于将 argc 指定个数的可变参数输出。
VariableArgumentMethod(6, 4, 7, 3, 0, 7, 9); 是对这个函数的调用，第一个实参 6 表示后面跟了 6 个参数。

在 VariableArgumentMethod 的函数体中：

1. va_list pArg;

定义了一个用于持有可变参数的指针，通过将这个指针在传入的可变参数表中移动，可以持有第一个可变参数。

2. va_start(pArg, argc);

让 pArg 指向可变参数列表中的第一个参数。argc 是一个用来定位的参数，因为可变参数是从 argc 后开始的，后面会说明为什么要这样定位。

3. va_arg(pArg, int);

这句话放在循环体中，用于取出可变参数表中的参数。并且，它会让 pArg 移向下个可变参数（如果已经到达末尾，则它将指向一个没有意义的地址）。

4. va_end(pArg);

给 pArg 清零，个人认为在这里可有可无，因为 pArg 已经不需要了。

就这样，VariableArgumentMethod 函数体遍历了可变参数表中传入的参数，并用printf("%d, ", va_arg(pArg, int) ) 进行了输出。

二、实现细节

1. 先了解一下编译器如何处理传递参数这个问题的。

编译器是将参数压入栈中进行传递的。传递实参的时候，编译器会从实参列表中，按从右到左的顺序将参数入栈，对于 VariableArgumentMethod(6, 4, 7, 3, 0, 7, 9)调用，则入栈的顺序是 9, 7, 0, 3, 7, 4, 6 (注意没有可变参数与不可变参数之分)。由于栈的地址是从高到低的，所以实参入栈后，实参在栈中的分布如下图。可以看出，实参在栈中，还是保持了左边参数处于低地址，右边参数处于高地址的状态。OK，知道这些就够了。

低地址 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　高地址

栈

2. va_list, va_start, va_arg 和 va_end

va_list 是一个定义的指针类型，va_start, va_arg 和 va_end 都是C语言用于处理可变参数而定义的宏，在stdarg.h文件中。由于硬件平台的不同，编译器的不同，导致它们的定义也有所不同，但基本思路相同。以下是相关宏的定义。

代码如下:

typedef char *  va_list;

#define _ADDRESSOF(v)   ( &(v) )

#define _INTSIZEOF(n)   ( (sizeof(n) + sizeof(int) - 1) & ~(sizeof(int) - 1) )

#define va_start(ap,v)  ( ap = (va_list)_ADDRESSOF(v) + _INTSIZEOF(v) )

#define va_arg(ap,t)    ( *(t *)((ap += _INTSIZEOF(t)) - _INTSIZEOF(t)) )

#define va_end(ap) ( ap = (va_list)0 )

可以看出，此处引入了另外两个宏 _ADDRESSOF 和 _INTSIZEOF。

_ADDRESSOF(v) 是用于获取变量地址的，这一眼就能看出来;

_INTSIZEOF(n) 是用于对齐的。（什么是对齐呢？这是因为栈的结构导致的，在 32 位机中，栈中每个单元都是占 4 个字节的，这往往是一个 int 型的长度，但实际传过来的参数可能并不正好是 4 个字节，或者正好是 4 的倍数个字节，就好像坐车时不会卖半个座位给乘客一样，如果传入的数据没有正好占 4 个或 4 的倍数个字节，则需要对齐（补齐）。至于为什么这个表达式能够对齐，需要分析一下）;

va_start(ap,v) 中，ap 是用于持有可变参数的指针， v 是最后一个非可变参数的参数，(va_list)_ADDRESSOF(v) 获取 v 的地址，并转为 va_list 类型的，v 是最后一个非可变参数的参数，在本例中应为 6, 在上图中处理栈的低地址端，_INTSIZEOF(v) 获取了一个对齐地址，这里应为 4, 两个相加后，即指向了第一个可变参数，即上图中的 4, 将这个值赋给 ap 后，就让 ap 指向了第一个可变参数。（从这里可以看出，将va_list 定义为 char* 是很有用的，因为 char 长度为一个字节，便于指针运算）;

va_arg(ap,t) 中，ap 是用于持有可变参数的指针，t 是要获取参数的类型，ap += _INTSIZEOF(t) 让 ap 指向下一个参数，但是，此处还需要获取当前参数的值，所以又将表达式减回来，返回的应是一个 va_list(char*) 型的指针，因此要转型为 t* 后再进行解引用运算，得到当前参数的值。（注意这里有个将 ap 移向下一个参数又减回来的操作，本人感觉不太好，一方面这里有个浪费的操作，对性能会有一些影响，另一方面，我更希望将取当前值的操作和移向下一个的操作分离，这样可以让程序员有更多的控制，并且容易理解。）

va_end(ap) 则是让 ap 指向一个空地址。

通过以上分析，可以发现，C 语言中可变参数是从栈中按顺序访问的，过程中所使用的三个宏，也只是对操作的简单包装，完全可以自己编程实现。而且，参数的类型和个数是不能直接确定的，在本例中，VariableArgumentMethod 的第一个参数用于指定参数的个数，而参数的类型约定为整形，这样程序才能正常运行，再说到 printf，它之所以能识别参数的个数，是因为它的第一个参数中必须要描述后面参数的格式字符串，这正是一开始所提到的第一个问题中说到的要注意的问题。这也是它被很多人所诟病的原因，但是，本人认为这种方式是很好的，后面会与 java 和 .net 的实现方式进行比较。

三、java 和 .net 实现可变参数的方式。

java 从1.5以后，开始支持可变参数，其定义语法为：

代码如下:

void testMethod(String ... args)

对于这个方法，可以这样调用：testMethod("gly", "zxy", "ChenFei");

.net 也支持可变参数，其定义语法为：

代码如下:

void TestMethod(params string[] args)

对于这个方法，可以这样调用：TestMethod("gly", "zxy", "ChenFei");

在 java 和 .net 中，对于可变参数的实现基本是一样的：编译器在编译时，将方法签名中的可变参数视为相应类型的数组，编译相应的调用时，根据实参生成一个数组，将参数装入到数组中进行传递，而在可变参数方法的方法体中，按使用数组的方式使用可变参数。

四、两种实现方式的比较

C 语言的实现方式与 java .net 的实现方式相比，C 语言需要程序员做更多的工作，而且，确实增加了出错的机会，java .net 的实现方式可以很容易的确定参数的类型和个数，这些 C 的实现中是没有的，但是 java .net 的实现方式会生成临时数组，当然 java .net 有垃圾回收机制，但是，垃圾什么时候被回收是不确定的，而且是代价很大的，垃圾回收是个好东西，但我不喜欢，我认为不需要的东西应该立即释放，这是完美的一个方面的体现。C 中没有这个问题，参数的个数和类型问题可以靠约定或指定来解决，而这两个问题在 java 和 .net 中，参数个数其实是间接传递过去了(数组的长度)，参数类型则是在方法签名中约定了。当然，java .net 的设计目标和 C 语言不同，这里说多了。