深度探索va_start、va_arg、va_end

采用C语言编程的时候，函数中形式参数的数目通常是确定的，在调用时要依次给出与形式参数对应的所有实际参数。但在某些情况下希望函数的参数个数可以根据需要确定。典型的例子有大家熟悉的函数printf()、scanf()和系统调用execl()等。那么它们是怎样实现的呢？

C编译器通常提供了一系列处理这种情况的宏，以屏蔽不同的硬件平台造成的差异，增加程序的可移植性。这些宏包括va_start、va_arg和va_end等。在讲解以上宏之前我们先了解一下调用函数时传入参数的处理过程。

一、函数传入参数过程

一个函数包括函数名、传入参数、返回参数以及函数体，函数体编译后的二进制代码储存在程序代码区。当用户调用某个函数时，系统会通过函数名（C++中会涉及到mangled命名处理）查找函数体入口指针并压入栈中，之后将传入参数以从右至左的顺序压入栈中（栈空间是往低地址方向增长的，也即栈底对应高地址，栈顶对应低地址），示例如下：

#include <iostream>
using namespace std;

void fun(int a, ...)
{
    int *temp = &a;
    temp++;
    for (int i = ; i < a; ++i)
    {
       cout << *temp << endl;
       temp++;
    }
}

int main()
{
    int a = ;
    int b = ;
    int c = ;
    int d = ;
    fun(, a, b, c, d);

    system("pause");
    return ;
}
// Output:
// 1
// 2
// 3
//

二、va_start、va_arg和va_end宏定义

接着我们再来看看va_start、va_arg和va_end等宏的具体定义。

#define _INTSIZEOF(n)   ( (sizeof(n) + sizeof(int) - 1) & ~(sizeof(int) - 1) ) // 此句宏的作用是将类型n的大小向上取成4的倍数，如n为char型的话结果即为4

#ifdef  __cplusplus
#define _ADDRESSOF(v)   ( &reinterpret_cast<const char &>(v) ) // vs2015中此句高亮，作用是将v的地址重新解释成char*型
#else
#define _ADDRESSOF(v)   ( &(v) )
#endif

#define _crt_va_start(ap,v)  ( ap = (va_list)_ADDRESSOF(v) + _INTSIZEOF(v) )
#define _crt_va_arg(ap,t)    ( *(t *)((ap += _INTSIZEOF(t)) - _INTSIZEOF(t)) )
#define _crt_va_end(ap)      ( ap = (va_list)0 )

#ifndef _VA_LIST_DEFINED
#ifdef _M_CEE_PURE
typedef System::ArgIterator va_list;
#else
typedef char *  va_list;      // vs2015中此句高亮
#endif /* _M_CEE_PURE */
#define _VA_LIST_DEFINED
#endif
// 以上宏定义出现在vadef.h，通过stdio.h即可使用

#define va_start _crt_va_start
#define va_arg _crt_va_arg
#define va_end _crt_va_end
// 以上宏定义出现在stdarg.h中，若要使用则需加上 #include <stdarg.h>

三、va_start、va_arg和va_end使用示例

容易看出，以上宏定义主要涉及地址操作，va_start获取第二个传入参数的地址给va_list类型变量（假设为arg_ptr），va_arg用于获取当前参数值并将指针arg_ptr往后移，va_end则是将arg_ptr置为空。va_start、va_arg、va_end具体用法示例如下：

#include <stdio.h>
#include <stdarg.h>

int fun(int x, int y) {
    return x - y;
}

int fun(int count, ...) {
    va_list arg_ptr;       // 等同于 char *arg_ptr;
    int nArgValue = count;
    int nArgCout = ;
    va_start(arg_ptr, count);  // 使arg_ptr指向第二个参数的地址

    printf("The 1 th arg: %d\n", nArgValue);     // 输出第一个参数的值
    int sum = ;
    for (int i = ; i < count; i++)
    {
        ++nArgCout;
        nArgValue = va_arg(arg_ptr, int);// 将arg_ptr所指参数返回成int并移动arg_ptr使其指向后一个参数，这里假设传入参数均是int型
        printf("The %d th arg: %d\n", i+, nArgValue);  // 输出各参数的值
        sum += nArgValue;
    }

    va_end(arg_ptr);    // 将arg_ptr置为空
    return sum;
}

int main() {
    cout << fun() << endl;
    cout << fun(, ) << endl;   // 优先匹配到函数int fun(int, int), 输出0
    cout << fun(, , ) << endl;
    system("pause");

    return ;
}

// Output:
// 0
// 0
// The 1 th arg: 2
// The 2 th arg: 3
// The 3 th arg: 4
//

注意：以上宏操作并不提供参数个数获取操作，这需要用户在函数中获取，如第二个fun函数使用count指明个数，printf通过解析第一个传入参数来确定参数个数与类型等。

参考资料：

百度百科-可变参函数

CSDN-va_start、va_arg、va_end用法