va_list、va_start、va_arg、va_end的原理与使用

末蓝、 2022-08-06 12:28 70阅读 0赞

概述  
由于在C语言中没有函数重载,解决不定数目函数参数问题变得比较麻烦;即使采用C++,如果参数个数不能确定,也很难采用函数重载.对这种情况,有些人采用指针参数来解决问题.下面就c语言中处理不定参数数目的问题进行讨论.  
定义  
大家先看几宏.  
在VC++6.0的include有一个stdarg.h头文件,有如下几个宏定义:  
\#define \_INTSIZEOF(n)   ((sizeof(n)+sizeof(int)-1)&~(sizeof(int) - 1) )  
\#define va\_start(ap,v) ( ap = (va\_list)&v + \_INTSIZEOF(v) )           //第一个可选参数地址  
\#define va\_arg(ap,t) ( \*(t \*)((ap += \_INTSIZEOF(t)) - \_INTSIZEOF(t)) ) //下一个参数地址  
\#define va\_end(ap)    ( ap = (va\_list)0 )                            // 将指针置为无效  
如果对以上几个宏定义不理解,可以略过,接这看后面的内容.  
参数在堆栈中分布,位置  
在进程中,堆栈地址是从高到低分配的.当执行一个函数的时候,将参数列表入栈,压入堆栈的高地址部分,然后入栈函数的返回地址,接着入栈函数的执行代码,这个入栈过程,堆栈地址不断递减,一些黑客就是在堆栈中修改函数返回地址,执行自己的代码来达到执行自己插入的代码段的目的.  
总之,函数在堆栈中的分布情况是:地址从高到低,依次是:函数参数列表,函数返回地址,函数执行代码段.  
堆栈中,各个函数的分布情况是倒序的.即最后一个参数在列表中地址最高部分,第一个参数在列表地址的最低部分.参数在堆栈中的分布情况如下:  
最后一个参数  
倒数第二个参数  
...  
第一个参数  
函数返回地址  
函数代码段  
示例代码  
void arg\_test(int i, ...);  
int main(int argc,char \*argv\[\])  
\{  
 int int\_size = \_INTSIZEOF(int);  
 printf("int\_size=%d/n", int\_size);  
 arg\_test(0, 4);  
   
 arg\_cnt(4,1,2,3,4);  
 return 0;  
\}  
void arg\_test(int i, ...)  
\{  
 int j=0;  
 va\_list arg\_ptr;  
   
 va\_start(arg\_ptr, i);  
 printf("&i = %p/n", &i);//打印参数i在堆栈中的地址  
 printf("arg\_ptr = %p/n", arg\_ptr);  
 //打印va\_start之后arg\_ptr地址,  
 //应该比参数i的地址高sizeof(int)个字节  
 //这时arg\_ptr指向下一个参数的地址  
   
 j=\*((int \*)arg\_ptr);  
 printf("%d %d/n", i, j);  
 j=va\_arg(arg\_ptr, int);  
 printf("arg\_ptr = %p/n", arg\_ptr);  
 //打印va\_arg后arg\_ptr的地址  
 //应该比调用va\_arg前高sizeof(int)个字节  
 //这时arg\_ptr指向下一个参数的地址  
 va\_end(arg\_ptr);  
 printf("%d %d/n", i, j);  
\}

代码说明:  
int int\_size = \_INTSIZEOF(int);得到int类型所占字节数  
 va\_start(arg\_ptr, i); 得到第一个可变参数地址,  
根据定义(va\_list)&v得到起始参数的地址, 再加上\_INTSIZEOF(v) ,就是其实参数下一个参数的地址,即第一个可变参数地址.  
j=va\_arg(arg\_ptr, int); 得到第一个参参数的值,并且arg\_ptr指针上移一个\_INTSIZEOF(int),即指向下一个可变参数的地址.  
va\_end(arg\_ptr);置空arg\_ptr,即arg\_ptr=0;  
总结:读取可变参数的过程其实就是堆栈中,使用指针,遍历堆栈段中的参数列表,从低地址到高地址一个一个地把参数内容读出来的过程.

在编程中应该注意的问题和解决办法  
虽然可以通过在堆栈中遍历参数列表来读出所有的可变参数,但是由于不知道可变参数有多少个,什么时候应该结束遍历,如果在堆栈中遍历太多,那么很可能读取一些无效的数据.  
解决办法:a.可以在第一个起始参数中指定参数个数,那么就可以在循环还中读取所有的可变参数;b.定义一个结束标记,在调用函数的时候,在最后一个参数中传递这个标记,这样在遍历可变参数的时候,可以根据这个标记结束可变参数的遍历;  
下面是一段示例代码:  
//第一个参数定义可选参数个数,用于循环取初参数内容  
void arg\_cnt(int cnt, ...);  
int main(int argc,char \*argv\[\])  
\{  
 int int\_size = \_INTSIZEOF(int);  
 printf("int\_size=%d/n", int\_size);  
 arg\_cnt(4,1,2,3,4);  
 return 0;  
\}  
void arg\_cnt(int cnt, ...)  
\{  
 int value=0;  
 int i=0;  
 int arg\_cnt=cnt;  
 va\_list arg\_ptr;  
 va\_start(arg\_ptr, cnt);  
 for(i = 0; i < cnt; i++)  
 \{  
  value = va\_arg(arg\_ptr,int);  
  printf("value%d=%d/n", i+1, value);  
 \}  
\}

虽然可以根据上面两个办法解决读取参数个数的问题,但是如果参数类型都是不定的,该怎么办,如果不知道参数的类型,即使读到了参数也没有办法进行处理.解决办法:可以自定义一些可能出现的参数类型,这样在可变参数列表中,可以可变参数列表中的那类型,然后根据类型,读取可变参数值,并进行准确地转换.传递参数的时候可以这样传递:参数数目,可变参数类型1,可变参数值1,可变参数类型2,可变参数值2,....  
这里给出一个完整的例子:  
\#include <stdio.h>  
\#include <stdarg.h>  
const int INT\_TYPE  = 100000;  
const int STR\_TYPE  = 100001;  
const int CHAR\_TYPE  = 100002;  
const int LONG\_TYPE  = 100003;  
const int FLOAT\_TYPE = 100004;  
const int DOUBLE\_TYPE = 100005;  
//第一个参数定义可选参数个数,用于循环取初参数内容  
//可变参数采用arg\_type,arg\_value...的形式传递,以处理不同的可变参数类型  
void arg\_type(int cnt, ...);  
//第一个参数定义可选参数个数,用于循环取初参数内容  
void arg\_cnt(int cnt, ...);  
//测试va\_start,va\_arg的使用方法,函数参数在堆栈中的地址分布情况  
void arg\_test(int i, ...);  
int main(int argc,char \*argv\[\])  
\{  
 int int\_size = \_INTSIZEOF(int);  
 printf("int\_size=%d/n", int\_size);  
 arg\_test(0, 4);  
   
 arg\_cnt(4,1,2,3,4);  
 arg\_type(2, INT\_TYPE, 222, STR\_TYPE, "ok,hello world!");  
 return 0;  
\}  
void arg\_test(int i, ...)  
\{  
 int j=0;  
 va\_list arg\_ptr;  
   
 va\_start(arg\_ptr, i);  
 printf("&i = %p/n", &i);//打印参数i在堆栈中的地址  
 printf("arg\_ptr = %p/n", arg\_ptr);  
 //打印va\_start之后arg\_ptr地址,  
 //应该比参数i的地址高sizeof(int)个字节  
 //这时arg\_ptr指向下一个参数的地址  
   
 j=\*((int \*)arg\_ptr);  
 printf("%d %d/n", i, j);  
 j=va\_arg(arg\_ptr, int);  
 printf("arg\_ptr = %p/n", arg\_ptr);  
 //打印va\_arg后arg\_ptr的地址  
 //应该比调用va\_arg前高sizeof(int)个字节  
 //这时arg\_ptr指向下一个参数的地址  
 va\_end(arg\_ptr);  
 printf("%d %d/n", i, j);  
\}  
void arg\_cnt(int cnt, ...)  
\{  
 int value=0;  
 int i=0;  
 int arg\_cnt=cnt;  
 va\_list arg\_ptr;  
 va\_start(arg\_ptr, cnt);  
 for(i = 0; i < cnt; i++)  
 \{  
  value = va\_arg(arg\_ptr,int);  
  printf("value%d=%d/n", i+1, value);  
 \}  
\}  
void arg\_type(int cnt, ...)  
\{  
 int arg\_type = 0;  
 int int\_value=0;  
 int i=0;  
 int arg\_cnt=cnt;  
 char \*str\_value = NULL;  
 va\_list arg\_ptr;  
 va\_start(arg\_ptr, cnt);  
 for(i = 0; i < cnt; i++)  
 \{  
  arg\_type = va\_arg(arg\_ptr,int);  
  switch(arg\_type)  
  \{  
  case INT\_TYPE:  
   int\_value = va\_arg(arg\_ptr,int);  
   printf("value%d=%d/n", i+1, int\_value);  
   break;  
  case STR\_TYPE:  
   str\_value = va\_arg(arg\_ptr,char\*);  
   printf("value%d=%d/n", i+1, str\_value);  
   break;  
  default:  
   break;  
  \}  
 \}  
\}  
va\_start() va\_end()函数应用

1:当无法列出传递函数的所有实参的类型和数目时,可用省略号指定参数表  
void foo(...);  
void foo(parm\_list,...);

2:函数参数的传递原理  
函数参数是以数据结构:栈的形式存取,从右至左入栈.eg:  
\#include <iostream>  
void fun(int a, ...)  
\{  
int \*temp = &a;  
temp++;  
for (int i = 0; i < a; ++i)  
\{  
cout << \*temp << endl;  
temp++;  
\}  
\}

int main()  
\{  
int a = 1;  
int b = 2;  
int c = 3;  
int d = 4;  
fun(4, a, b, c, d);  
system("pause");  
return 0;  
\}  
Output::  
1  
2  
3  
4

3:获取省略号指定的参数  
在函数体中声明一个va\_list，然后用va\_start函数来获取参数列表中的参数，使用完毕后调用va\_end()结束。像这段代码：  
void TestFun(char\* pszDest, int DestLen, const char\* pszFormat, ...)  
\{  
va\_list args;  
va\_start(args, pszFormat);  
\_vsnprintf(pszDest, DestLen, pszFormat, args);  
va\_end(args);  
\}

4.va\_start使argp指向第一个可选参数。va\_arg返回参数列表中的当前参数并使argp指向参数列表中的下一个参数。va\_end把argp指针清为NULL。函数体内可以多次遍历这些参数，但是都必须以va\_start开始，并以va\_end结尾。

1).演示如何使用参数个数可变的函数，采用ANSI标准形式  
　　\#include 〈stdio.h〉  
　　\#include 〈string.h〉  
　　\#include 〈stdarg.h〉  
　　/\*函数原型声明，至少需要一个确定的参数，注意括号内的省略号\*/  
　　int demo( char, ... );  
　　void main( void )  
　　\{  
　　 demo("DEMO", "This", "is", "a", "demo!", "");  
　　\}  
　　/\*ANSI标准形式的声明方式，括号内的省略号表示可选参数\*/  
　　int demo( char msg, ... )  
　　\{  
/\*定义保存函数参数的结构\*/  
　　 va\_list argp;  
　　 int argno = 0;  
　　 char para;

/\*argp指向传入的第一个可选参数，msg是最后一个确定的参数\*/  
　　 va\_start( argp, msg );  
　　 while (1)  
\{  
　　 para = va\_arg( argp, char);  
　　 if ( strcmp( para, "") == 0 )  
break;  
　　 printf("Parameter \#%d is: %s/n", argno, para);  
　　 argno++;  
　　 \}  
　　 va\_end( argp );  
　　 /\*将argp置为NULL\*/  
　　　return 0;  
　　\}

2)//示例代码1：可变参数函数的使用  
\#include "stdio.h"  
\#include "stdarg.h"  
void simple\_va\_fun(int start, ...)  
\{  
va\_list arg\_ptr;  
int nArgValue =start;  
int nArgCout=0; //可变参数的数目  
va\_start(arg\_ptr,start); //以固定参数的地址为起点确定变参的内存起始地址。  
do  
\{  
\++nArgCout;  
printf("the %d th arg: %d/n",nArgCout,nArgValue); //输出各参数的值  
nArgValue = va\_arg(arg\_ptr,int); //得到下一个可变参数的值  
\} while(nArgValue != -1);  
return;  
\}  
int main(int argc, char\* argv\[\])  
\{  
simple\_va\_fun(100,-1);  
simple\_va\_fun(100,200,-1);  
return 0;  
\}

3)//示例代码2:扩展——自己实现简单的可变参数的函数。  
下面是一个简单的printf函数的实现，参考了<The C Programming Language>中的例子  
\#include "stdio.h"  
\#include "stdlib.h"  
void myprintf(char\* fmt, ...) //一个简单的类似于printf的实现，//参数必须都是int 类型  
\{  
char\* pArg=NULL; //等价于原来的va\_list  
char c;

pArg = (char\*) &fmt; //注意不要写成p = fmt !!因为这里要对//参数取址，而不是取值  
pArg += sizeof(fmt); //等价于原来的va\_start

do  
\{  
c =\*fmt;  
if (c != '%')  
\{  
putchar(c); //照原样输出字符  
\}  
else  
\{  
//按格式字符输出数据  
switch(\*++fmt)  
\{  
case'd':  
printf("%d",\*((int\*)pArg));  
break;  
case'x':  
printf("%\#x",\*((int\*)pArg));  
break;  
default:  
break;  
\}  
pArg += sizeof(int); //等价于原来的va\_arg  
\}  
\++fmt;  
\}while (\*fmt != '/0');  
pArg = NULL; //等价于va\_end  
return;  
\}  
int main(int argc, char\* argv\[\])  
\{  
int i = 1234;  
int j = 5678;

myprintf("the first test:i=%d/n",i,j);  
myprintf("the secend test:i=%d; %x;j=%d;/n",i,0xabcd,j);  
system("pause");  
return 0;  
\}