嵌入式C语言自我修养 08：变参函数的格式检查

8.1 属性声明：format

GNU 通过 attribute 扩展的 format 属性，用来指定变参函数的参数格式检查。

它的使用方法如下：

__attribute__(( format (archetype, string-index, first-to-check)))
void LOG(const char *fmt, ...)  __attribute__((format(printf,1,2)));

我们经常实现一些自己的打印调试函数。这些打印函数往往是变参函数，那编译器编译程序时，怎么知道我们的参数格式对不对呢？因为我们实现的是变参函数，参数的个数和格式都不确定。所以编译器表示压力很大，不知道该如何处理。

办法总是有的。这不，attribute 的format属性这时候就自带 BGM，隆重出场了。如上面的示例代码，我们定义一个 LOG 变参函数，用来实现打印功能。那编译器编译程序时，如何检查我们参数的格式是否正确呢？其实很简单，通过给 LOG 函数添加 attribute((format(printf,1,2))) 这个属性声明，就是告诉编译器：你知道printf函数不？你怎么对这个函数参数格式检查的，就按同样的方法，对 LOG 函数进行检查。

属性 format(printf,1,2) 有三个参数。第一个参数 printf 是告诉编译器，按照 printf 函数的检查标准来检查；第2个参数表示在 LOG 函数所有的参数列表中，格式字符串的位置索引；第3个参数是告诉编译器要检查的参数的起始位置。是不是没看明白？举个例子大家就明白了。

LOG("I am litao\n")；
LOG("I am litao, I have %d houses!\n",0);
LOG("I am litao, I have %d houses! %d cars\n",0,0);

上面代码，是我们的 LOG 函数使用示例。变参函数，其参数个数跟 printf 函数一样，是不固定的。那么编译器如何检查我们的打印格式是否正确呢？很简单，我们只需要将格式字符串的位置告诉编译器就可以了，比如在第2行代码中：

LOG("I am litao, I have %d houses!\n",0);

在这个 LOG 函数中有2个参数，第一个是格式字符串，第2个是要打印的一个常量值0，用来匹配格式字符串中的格式符。

什么是格式字符串呢？顾名思义，如果一个字符串中含有格式符，那这个字符串就是格式字符串。比如这个格式字符串："I am litao, I have %d houses!\n"，里面含有格式符%，我们也可以叫它占位符。打印的时候，后面变参的值会代替这个占位符，在屏幕上显示出来。

我们通过 format(printf,1,2) 属性声明，告诉编译器：LOG 函数的参数，格式字符串的位置在所有参数列表中的索引是1，即第一个参数；要编译器帮忙检查的参数，在所有的参数列表里索引是2。知道了 LOG 参数列表中格式字符串的位置和要检查的参数位置，编译器就会按照检查 printf 的格式打印一样，对 LOG 函数进行参数检查。

如果我们的 LOG 函数定义为下面形式：

void LOG(int num, char *fmt, ...)  __attribute__((format(printf,2,3)));

在这个函数定义中，多了一个参数 num，格式字符串在参数列表中的位置发生了变化（在所有的参数列表中，索引为2），要检查的第一个变参的位置也发生了变化（索引为3），那我们使用 format 属性声明时，就要写成 format(printf,2,3) 的形式了。

以上就是 format 属性的使用方法，鉴于很多同学，可能对变参函数研究得不多，接下来我们就一起研究下变参函数的设计与实现，加深对本节知识的理解。

8.2 变参函数的设计与实现

对于一个普通函数，我们在函数实现中，不用关心实参，只需要在函数体内对形参直接引用即可。当函数调用时，传递的实参和形参个数和格式是匹配的。

变参函数，顾名思义，跟 printf 函数一样：参数的个数、类型都不固定。我们在函数体内因为预先不知道传进来的参数类型和个数，所以实现起来会稍微麻烦一点。首先要解析传进来的实参，保存起来，然后才能接着像普通函数一样，对实参进行处理。

变参函数初体验

我们接下来，就定义一个变参函数，实现的功能很简单，即打印传进来的实参值。

void print_num(int count, ...)
{
    int *args;
    args = &count + 1;
    for( int i = 0; i < count; i++)
    {
        printf("*args: %d\n", *args);
        args++;
    }
}
int main(void)
{
    print_num(5,1,2,3,4,5);
    return 0;
}

变参函数的参数存储其实跟 main 函数的参数存储很像，由一个连续的参数列表组成，列表里存放的是每个参数的地址。在上面的函数中，有一个固定的参数 count，这个固定参数的存储地址后面，就是一系列参数的指针。在 print_num 函数中，先获取 count 参数地址，然后使用 &count + 1 就可以获取下一个参数的指针地址，使用指针变量 args 保存这个地址，并依次访问下一个地址，就可以直接打印传进来的各个实参值了。程序运行结果如下。

*args：1
*args：2
*args：3
*args：4
*args：5

变参函数改进版

上面的程序使用一个 int 的指针变量依次去访问实参列表。我们接下来把程序改进一下，使用 char 类型的指针来实现这个功能，使之兼容更多的参数类型。

void print_num2(int count,...)
{
    char *args;
    args = (char *)&count + 4;
    for(int i = 0; i < count; i++)
    {
        printf("*args: %d\n", *(int *)args);
        args += 4;
    }
}
int main(void)
{
    print_num2(5,1,2,3,4,5);
    return 0;
}

在这个程序中，我们使用char 类型的指针。涉及到指针运算，一定要注意每一个参数的地址都是4字节大小，所以我们获取下一个参数的地址是：(char )&count + 4;。不同类型的指针加1操作，转换为实际的数值运算是不一样的。对于一个指向 int 类型的指针变量 p，p+1表示 p + 1 sizeof(int)，对于一个指向 char 类型的指针变量，p + 1 表示 p + 1 sizeof(char)。两种不同类型的指针，其运算细节就体现在这里。当然，程序最后的运行结果跟上面的程序是一样的，如下所示。

*args：1
*args：2
*args：3
*args：4
*args：5

变参函数 V3.0 版本

对于变参函数，编译器或计算机系统一般会提供一些宏给程序员使用，用来解析函数的参数。这样程序员就不用自己解析参数了，直接使用封装好的宏即可。编译器提供的宏有：

• va_list：定义在编译器头文件中 typedef char* va_list;。
• va_start(args,fmt)：根据参数 fmt 的地址，获取 fmt 后面参数的地址，并保存在 args 指针变量中。

• va_end(args)：释放 args 指针，将其赋值为 NULL。有了这些宏，我们的工作就简化了很多。我们就不用撸起袖子，自己解析了。

  void print_num3(int count,...)
  {
  va_list args;
  va_start(args,count);
  for(int i = 0; i < count; i++)
  {
  printf("args: %d\n", (int *)args);
  args += 4;
  }
  va_end(args);
  }
  int main(void)
  {
  print_num3(5,1,2,3,4,5);
  return 0;
  }

变参函数 V4.0 版本

在 V3.0 版本中，我们使用编译器提供的三个宏，省去了解析参数的麻烦。但打印的时候，我们还必须自己实现。在 V4.0 版本中，我们继续改进，使用 vprintf 函数实现我们的打印功能。vprintf 函数的声明在 stdio.h 头文件中。

CRTIMP int __cdecl __MINGW_NOTHROW    \
    vprintf (const char*, __VALIST);

vprintf 函数有2个参数，一个是格式字符串指针，一个是变参列表。在下面的程序里，我们可以将，使用 va_start 解析后的变参列表，直接传递给 vprintf 函数，实现打印功能。

void  my_printf(char *fmt,...)
{
    va_list args;
    va_start(args,fmt);
    vprintf(fmt,args);
    va_end(args);
}
int main(void)
{
    int num = 0;
    my_printf("I am litao, I have %d car\n", num);
    return 0;
}

运行结果如下。

I am litao, I have 0 car

变参函数 V5.0 版本

上面的 my_printf() 函数，基本上实现了跟 printf() 函数相同的功能：支持变参，支持多种格式的数据打印。接下来，我们还需要对其添加 format 属性声明，让编译器在编译时，像检查 printf 一样，检查 my_printf() 函数的参数格式。V5.0 版本如下：

void __attribute__((format(printf,1,2))) my_printf(char *fmt,...)
{
    va_list args;
    va_start(args,fmt);
    vprintf(fmt,args);
    va_end(args);
}
int main(void)
{
    int num = 0;
    my_printf("I am litao, I have %d car\n", num);
    return 0;
}

8.3 实现自己的日志打印函数

如果你坚持看到了这里，可能会问，有现成的打印函数可用，为什么还要费这么大的劲，去实现自己的打印函数？原因其实很简单。自己实现的打印函数，除了可以实现自己需要的打印格式，还有2个优点，即可以实现打印开关控制、优先级控制。

闭上迷茫的双眼，好好想象一下。你在调试一个模块，或者一个系统，有好多个文件。如果你在每个文件里添加 printf 打印，调试完成后再删掉，是不是很麻烦？我们自己实现的打印函数，通过一个宏开关，就可以直接关掉或打开，比较方便。比如下面的代码。

#define DEBUG //打印开关

void __attribute__((format(printf,1,2))) LOG(char *fmt,...)
{
#ifdef DEBUG
    va_list args;
    va_start(args,fmt);
    vprintf(fmt,args);
    va_end(args);
#endif
}
int main(void)
{
    int num = 0;
    LOG("I am litao, I have %d car\n", num);
    return 0;
}

当我们定义一个 DEBUG 宏时，LOG 函数实现普通的打印功能；当这个 DEBUG 宏没有定义，LOG 函数就是个空函数。通过这个宏，我们就实现了打印函数的开关功能，在实际调试中比较实用，非常方便。在 Linux 内核的各个模块中，你会经常看到大量的自定义打印函数或宏，如 pr_debug、pr_info 等。

除此之外，你可以通过宏，设置一些打印等级。比如可以分为 ERROR、WARNNING、INFO、LOG 等级，根据你设置的打印等级，模块打印的 log 信息也会不一样。这个功能就不展开了，有兴趣你可以试一下。

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