淺析C/C++中的可變參數(shù)與默認(rèn)參數(shù)

更新時間：2013年09月22日 08:56:40 投稿：jingxian

C支持可變參數(shù)的函數(shù)，這里的意思是C支持函數(shù)帶有可變數(shù)量的參數(shù)，最常見的例子就是我們十分熟悉的printf()系列函數(shù)。我們還知道在函數(shù)調(diào)用時參數(shù)是自右向左壓棧的

千萬要注意，C不支持默認(rèn)參數(shù)

C/C++支持可變參數(shù)個數(shù)的函數(shù)定義，這一點(diǎn)與C/C++語言函數(shù)參數(shù)調(diào)用時入棧順序有關(guān)，首先引用其他網(wǎng)友的一段文字，來描述函數(shù)調(diào)用，及參數(shù)入棧：

------------ 引用開始 ------------
C支持可變參數(shù)的函數(shù)，這里的意思是C支持函數(shù)帶有可變數(shù)量的參數(shù)，最常見的例子就是我們十分熟悉的printf()系列函數(shù)。我們還知道在函數(shù)調(diào)用時參數(shù)是自右向左壓棧的。如果可變參數(shù)函數(shù)的一般形式是：
    f(p1, p2, p3, …)
那么參數(shù)進(jìn)棧（以及出棧）的順序是：
    …
    push p3
    push p2
    push p1
    call f
    pop p1
    pop p2
    pop p3
    …
我可以得到這樣一個結(jié)論：如果支持可變參數(shù)的函數(shù)，那么參數(shù)進(jìn)棧的順序幾乎必然是自右向左的。并且，參數(shù)出棧也不能由函數(shù)自己完成，而應(yīng)該由調(diào)用者完成。

這個結(jié)論的后半部分是不難理解的，因?yàn)楹瘮?shù)自身不知道調(diào)用者傳入了多少參數(shù)，但是調(diào)用者知道，所以調(diào)用者應(yīng)該負(fù)責(zé)將所有參數(shù)出棧。

在可變參數(shù)函數(shù)的一般形式中，左邊是已經(jīng)確定的參數(shù)，右邊省略號代表未知參數(shù)部分。對于已經(jīng)確定的參數(shù)，它在棧上的位置也必須是確定的。否則意味著已經(jīng)確定的參數(shù)是不能定位和找到的，這樣是無法保證函數(shù)正確執(zhí)行的。衡量參數(shù)在棧上的位置，就是離開確切的函數(shù)調(diào)用點(diǎn)（call f）有多遠(yuǎn)。已經(jīng)確定的參數(shù)，它在棧上的位置，不應(yīng)該依賴參數(shù)的具體數(shù)量，因?yàn)閰?shù)的數(shù)量是未知的！

所以，選擇只能是，已經(jīng)確定的參數(shù)，離開函數(shù)調(diào)用點(diǎn)有確定的距離（較近）。滿足這個條件，只有參數(shù)入棧遵從自右向左規(guī)則。也就是說，左邊確定的參數(shù)后入棧，離函數(shù)調(diào)用點(diǎn)有確定的距離（最左邊的參數(shù)最后入棧，離函數(shù)調(diào)用點(diǎn)最近）。

這樣，當(dāng)函數(shù)開始執(zhí)行后，它能找到所有已經(jīng)確定的參數(shù)。根據(jù)函數(shù)自己的邏輯，它負(fù)責(zé)尋找和解釋后面可變的參數(shù)（在離開調(diào)用點(diǎn)較遠(yuǎn)的地方），通常這依賴于已經(jīng)確定的參數(shù)的值（典型的如prinf()函數(shù)的格式解釋，遺憾的是這樣的方式具有脆弱性）。

據(jù)說在pascal中參數(shù)是自左向右壓棧的，與C的相反。對于pascal這種只支持固定參數(shù)函數(shù)的語言，它沒有可變參數(shù)帶來的問題。因此，它選擇哪種參數(shù)進(jìn)棧方式都是可以的。
甚至，其參數(shù)出棧是由函數(shù)自己完成的，而不是調(diào)用者，因?yàn)楹瘮?shù)的參數(shù)的類型和數(shù)量是完全已知的。這種方式比采用C的方式的效率更好，因?yàn)檎加酶俚拇a量（在C中，函數(shù)每次調(diào)用的地方，都生成了參數(shù)出棧代碼）。

C++為了兼容C，所以仍然支持函數(shù)帶有可變的參數(shù)。但是在C++中更好的選擇常常是函數(shù)重載。
------------ 引用結(jié)束 ------------

根據(jù)上文描述，我們查看printf()及sprintf()等函數(shù)的定義，可以驗(yàn)證這一點(diǎn)：
_CRTIMP int __cdecl printf(const char *, ...);
_CRTIMP int __cdecl sprintf(char *, const char *, ...);

這兩個函數(shù)定義時，都使用了__cdecl關(guān)鍵字，__cdecl關(guān)鍵字約定函數(shù)調(diào)用的規(guī)則是：
調(diào)用者負(fù)責(zé)清除調(diào)用堆棧，參數(shù)通過堆棧傳遞，入棧順序是從右到左。

下一步，我們來看看printf()這種函數(shù)是如何使用變個數(shù)參數(shù)的，下面是摘錄MSDN上的例子，
只引用了ANSI系統(tǒng)兼容部分的代碼，UNIX系統(tǒng)的代碼請直接參考MSDN。

------------ 例子代碼 ------------

復(fù)制代碼代碼如下:

#include <stdio.h>
#include <stdarg.h>
int average( int first, ... );

void main( void )
{
printf( "Average is: %d/n", average( 2, 3, 4, -1 ) );
}

int average( int first, ... )
{
int count = 0, sum = 0, i = first;
va_list marker;

   va_start( marker, first );     /* Initialize variable arguments. */
   while( i != -1 )
   {
      sum += i;
      count++;
      i = va_arg( marker, int);
   }
   va_end( marker );              /* Reset variable arguments.      */
   return( sum ? (sum / count) : 0 );
}

上例代碼功能是計(jì)算平均數(shù)，函數(shù)允許用戶輸入多個整型參數(shù)，要求作后一個參數(shù)必須是-1，表示參數(shù)輸入完畢，然后返回平均數(shù)計(jì)算結(jié)果。

邏輯很簡單，首先定義
va_list marker;
表示參數(shù)列表，然后調(diào)用va_start()初始化參數(shù)列表。注意va_start()調(diào)用時不僅使用了marker
這個參數(shù)列表變量，還使用了first這個參數(shù)，說明參數(shù)列表的初始化與函數(shù)給定的第一個確定參數(shù)是有關(guān)系的，這一點(diǎn)很關(guān)鍵，后續(xù)分析會看到原因。

調(diào)用va_start()初始化后，即可調(diào)用va_arg()函數(shù)訪問每一個參數(shù)列表中的參數(shù)了。注意va_arg()
的第二個參數(shù)指定了返回值的類型（int）。

當(dāng)程序確定所有參數(shù)訪問結(jié)束后，調(diào)用va_end()函數(shù)結(jié)束參數(shù)列表訪問。

這樣看起來，訪問變個數(shù)參數(shù)是很容易的，也就是使用va_list,va_start(),va_arg(),va_end()
這樣一個類型與三個函數(shù)。但是對于函數(shù)變個數(shù)參數(shù)的機(jī)制，感覺仍是一頭霧水。看來需要繼續(xù)深入探究，才能的到確切的答案了。

找到va_list,va_start(),va_arg(),va_end()的定義，在.../VC98/include/stdarg.h文件中。
.h中代碼如下（只摘錄了ANSI兼容部分的代碼，UNIX等其他系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)略有不同，感興趣的朋友可以自己研究）：

復(fù)制代碼代碼如下:

typedef char * va_list;

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

#define va_start(ap,v) ( ap = (va_list)&v + _INTSIZEOF(v) )
#define va_arg(ap,t) ( *(t *)((ap += _INTSIZEOF(t)) - _INTSIZEOF(t)) )
#define va_end(ap) ( ap = (va_list)0 )

從代碼可以看出，va_list只是一個類型轉(zhuǎn)義，其實(shí)就是定義成char*類型的指針了，這樣就是為了以字節(jié)為單位訪問內(nèi)存。
其他三個函數(shù)其實(shí)只是三個宏定義，且慢，我們先看夾在中間的這個宏定義_INTSIZEOF：

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

這個宏的功能是對給定變量或者類型n，計(jì)算其按整型字節(jié)長度進(jìn)行字節(jié)對齊后的長度(size)。在32位系統(tǒng)中int占4個字節(jié)，16位系統(tǒng)中占2字節(jié)。
表達(dá)式
(sizeof(n) + sizeof(int) - 1)
的作用是，如果sizeof(n)小于sizeof(int)，則計(jì)算后
的結(jié)果數(shù)值，會比sizeof(n)的值在二進(jìn)制上向左進(jìn)一位。

如：sizeof(short) + sizeof(n) - 1 = 5
5的二進(jìn)制是0x00000101，sizeof(short)的二進(jìn)制是0x00000010，所以5的二進(jìn)制值比2的二進(jìn)制值
向左高一位。

表達(dá)式
~(sizeof(int) - 1)
的作用時生成一個蒙版(mask)，以便舍去前面那個計(jì)算值的"零頭"部分。
如上例，~(sizeof(int) - 1) = 0x00000011(謝謝glietboys的提醒，此處應(yīng)該是0xFFFFFF00)
同5的二進(jìn)制0x00000101做"與"運(yùn)算得到的是0x00000100，也就是4，而直接計(jì)算sizeof(short)應(yīng)該得到2。
這樣通過_INTSIZEOF(short)這樣的表達(dá)式，就可以得到按照整型字節(jié)長度對齊的其他類型字節(jié)長度。
之所以采用int類型的字節(jié)長度進(jìn)行對齊，是因?yàn)镃/C++中的指針變量其實(shí)就是整型數(shù)值，長度與int相同，而指針的偏移量是后面的三個宏進(jìn)行運(yùn)算時所需要的。

關(guān)于編程中字節(jié)對齊的內(nèi)容請有興趣的朋友到網(wǎng)上參考其他文章，這里不再贅述。

繼續(xù)，下面這個三個宏定義：

第一：
#define va_start(ap,v) ( ap = (va_list)&v + _INTSIZEOF(v) )

編程中這樣使用
va_list marker;
va_start( marker, first );
可以看出va_start宏的作用是使給定的參數(shù)列表指針(marker)，根據(jù)第一個確定參數(shù)(first)所屬類型的指針長度向后偏移相應(yīng)位置，計(jì)算這個偏移的時候就用到了前面的_INTSIZEOF(n)宏。

第二：
#define va_arg(ap,t) ( *(t *)((ap += _INTSIZEOF(t)) - _INTSIZEOF(t)) )

此處乍一看有點(diǎn)費(fèi)解，(ap += _INTSIZEOF(t)) - _INTSIZEOF(t)表達(dá)式的一加一減，對返回值是不起作用的啊，也就是返回值都是ap的值，什么原因呢？
原來這個計(jì)算返回值是一方面，另一方面，請記住，va_start(),va_arg(),va_end這三個宏的調(diào)用是有關(guān)聯(lián)性的，ap這個變量是調(diào)用va_start()時給定的參數(shù)列表指針，所以

(ap += _INTSIZEOF(t)) - _INTSIZEOF(t)

表達(dá)式不僅僅是為了返回當(dāng)前指向的參數(shù)的地址，還是為了讓ap指向下一個參數(shù)（注意ap跳向下一參數(shù)是，是按照類型t的_INTSIZEOF長度進(jìn)行計(jì)算的）。

第三：
#define va_end(ap) ( ap = (va_list)0 )

這個很好理解了，不過是將ap指針置為空，算作參數(shù)讀取結(jié)束。

至此，C/C++變個數(shù)函數(shù)參數(shù)的機(jī)制已經(jīng)很清晰了。最后還要說一點(diǎn)要注意的問題：
在用va_arg()順序跳轉(zhuǎn)指針讀取參數(shù)的過程中，并沒有方法去判斷所得到的下一個指針是否是有效地址，也沒有地方能夠明確得知到底要讀取多少個參數(shù)，這就是這種變個數(shù)參數(shù)的危險(xiǎn)所在。前面的求平均數(shù)的例子中，要求輸入者必須在參數(shù)列表最后提供一個特殊值（-1）來表示參數(shù)列表結(jié)束，所以可以假設(shè)，萬一調(diào)用者沒有遵循這種規(guī)則，將導(dǎo)致指針訪問越界。

那么，可能有朋友會問，printf()函數(shù)就沒有提供這樣的特殊值進(jìn)行標(biāo)識啊。

別急，printf()使用的是另一種參數(shù)個數(shù)識別方式，可能比較隱蔽。注意他的第一個確定參數(shù)，也就是被我們用作格式控制的format字符串，他的里面有"%d","%s"這樣的參數(shù)描述符，printf()函數(shù)在解析format字符串時，可以根據(jù)參數(shù)描述符的個數(shù)，確定需要讀取后面幾個參數(shù)。我們不妨做下面這樣的試驗(yàn)：

printf("%d,%d,%d,%d/n",1,2,3,4,5);

實(shí)際提供的參數(shù)多于前面給定的參數(shù)描述符，這樣執(zhí)行的結(jié)果是

1,2,3,4

也就是printf()根據(jù)format字符串認(rèn)為后面只有4個參數(shù)，其他的就不管了。那么再做一個試驗(yàn)：

printf("%d,%d,%d,%d/n",1,2,3);

實(shí)際提供的參數(shù)少于給定的參數(shù)描述符，這樣執(zhí)行的結(jié)果是（如果沒有異常的話）

1,2,3,2367460

這個地方，每個人的執(zhí)行結(jié)果可能都不相同，原因是讀取最后一個參數(shù)的指針已經(jīng)指向了非法的地址。這也是使用printf()這類函數(shù)需要特別注意的地方。

總結(jié)：
變個數(shù)的函數(shù)參數(shù)在使用時需要注意的地方比較多。我個人建議盡量回避使用這種模式。比如前面的計(jì)算平均數(shù)，寧可使用數(shù)組或其他列表作為參數(shù)將一系列數(shù)值傳遞給函數(shù)，也不用寫這樣的函數(shù)。一方面是容易出現(xiàn)指針訪問越界，另一方面，在實(shí)際的函數(shù)調(diào)用時，要把所有計(jì)算值依次作為參數(shù)寫在代碼里，很齷齪。

雖然這么說，但有些地方這個功能還是很有用處的，比如字符串的格式化合成，像printf()函數(shù)；在實(shí)際應(yīng)用中，我還經(jīng)常使用一個自己寫的WriteLog()函數(shù)，用于記錄文件日志，定義與printf()相同，使用起來非常靈活便利，如：

WriteLog("用戶%s, 登錄次數(shù)%d","guanzhong",10);

寫在文件里的內(nèi)容就是

用戶guanzhong, 登錄次數(shù)10

編程語言的使用，在遵循基本規(guī)則的前提下，是仁者見仁，智者見智。總之，透徹了解之后，選擇一個符合自己的好的習(xí)慣即可