可变参数, 它依赖于堆栈----小话c语言(23)
作者：陈曦
日期：2012-7-28 12:20:17
环境：[Mac 10.7.1 Lion Intel i3 支持64位指令 gcc4.2.1 xcode4.2]
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Q1： 可变参数的函数调用能够被正确执行的本质原因是什么？
A： 可变参数的一个重要特点就是参数个数不确定，但是最终可以被正确执行一般需要堆栈以及参数类型的确定性支持。如果参数类型都无法确定是某种或者某个范围内，那么可变参数函数是无法实现的。
Q2： 举个可变参数的例子吧。
A： 比如，求一组整形数的平均数：
get_average(2, 100, 1000), 第一个参数表示求平均数的整数个数为2个，后面跟着2个整数100和1000；
如果是求3个数的平均数，调用如下：
get_average(2, 100, 1000, 200).
代码如下：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdarg.h>
#define PRINT_D(longValue) printf(#longValue" is %ld\n", ((long)longValue));
#define PRINT_STR(str) printf(#str" is %s\n", (str));
#define PRINT_DBL(doubleValue) printf(#doubleValue" is %f\n", (doubleValue));
double get_average(int int_num_count, ...)
{
va_list list;
double sum = 0;
int int_num_count_bak = int_num_count;
va_start(list, int_num_count);
while(int_num_count > 0)
{
sum += va_arg(list, int);
--int_num_count;
}
va_end(list);
return sum / int_num_count_bak;
}
int main()
{
double ret = get_average(2, 3, 4);
PRINT_DBL(ret)
ret = get_average(3, 3, 4, 5);
PRINT_DBL(ret)
return 0;
}
Q3： get_average函数原型最后的...就是表示可变参数？
A： 是的。也可以参考printf函数的原型：
int printf(const char * __restrict, ...) __DARWIN_LDBL_COMPAT(printf) __printflike(1, 2);
Q4： va_list, va_start, va_arg和va_end，它们实现了什么？
A： 它们分别实现了从堆栈中获取参数的首地址，依次获取不同参数的地址，最后结束处理的操作。
Q5： va_list等几个类型和函数(或者宏)的内部是如何实现的？
A： 在mac下，它们被宏定义为另外一个类型，内部的具体实现没有公开。下面将windows的实现列出(部分代码)：
#ifndef _VA_LIST_DEFINED
#ifdef _M_ALPHA
typedef struct {
char *a0; /* pointer to first homed integer argument */
int offset; /* byte offset of next parameter */
} va_list;
#else
typedef char * va_list;
#endif
#define _VA_LIST_DEFINED
#endif
#ifdef _M_IX86
#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 )
#elif defined(_M_MRX000)
可以看出，va_list就是一个类似char *的结构，保存参数的首地址(可能还包含下一个参数的偏移)信息；
va_start会定位到第一个可变参数的地址位置；
va_arg会根据参数类型获得此参数的值；
va_end做一个简单的置空操作，作为一个标志。
Q6： c语言函数的默认调用方式采用__cdecl，是否也间接支持了可变参数的实现？
A： 是的。再比如arm平台，在参数较少的情况下，参数是被优先传入寄存器的；如果超过一定的个数，那么参数采用入栈的方式。那么，对于上面的代码，在arm平台到底使用寄存器还是堆栈呢？ 在xcode中创建一个ios工程，将上面的代码加入，编译得到它的arm汇编：
0x0009276c <get_average+0>: sub sp, #12
0x0009276e <get_average+2>: push {r4, r7, lr}
0x00092770 <get_average+4>: add r7, sp, #4
0x00092772 <get_average+6>: sub sp, #28
0x00092774 <get_average+8>: mov r4, sp
0x00092776 <get_average+10>: bic.w r4, r4, #7 ; 0x7
0x0009277a <get_average+14>: mov sp, r4
0x0009277c <get_average+16>: str r3, [r7, #16]
0x0009277e <get_average+18>: str r2, [r7, #12]
0x00092780 <get_average+20>: str r1, [r7, #8]
0x00092782 <get_average+22>: add r1, sp, #20
0x00092784 <get_average+24>: movs r2, #0
0x00092786 <get_average+26>: movt r2, #0 ; 0x0
0x0009278a <get_average+30>: vldr d16, [pc, #104] ; 0x927f6 <get_average+138>
0x0009278e <get_average+34>: str r0, [sp, #24]
0x00092790 <get_average+36>: vstr d16, [sp, #8]
0x00092794 <get_average+40>: ldr r0, [sp, #24]
0x00092796 <get_average+42>: str r0, [sp, #4]
0x00092798 <get_average+44>: add.w r0, r7, #8 ; 0x8
0x0009279c <get_average+48>: str r0, [r1, #0]
0x0009279e <get_average+50>: str r2, [sp, #0]
0x000927a0 <get_average+52>: movs r0, #0
0x000927a2 <get_average+54>: movt r0, #0 ; 0x0
0x000927a6 <get_average+58>: ldr r1, [sp, #24]
0x000927a8 <get_average+60>: cmp r1, r0
0x000927aa <get_average+62>: ble.n 0x927d2 <get_average+102>
0x000927ac <get_average+64>: ldr r0, [sp, #20]
0x000927ae <get_average+66>: adds r1, r0, #4
0x000927b0 <get_average+68>: str r1, [sp, #20]
0x000927b2 <get_average+70>: ldr r0, [r0, #0]
0x000927b4 <get_average+72>: fmsr s0, r0
0x000927b8 <get_average+76>: fsitod d16, s0
0x000927bc <get_average+80>: vldr d17, [sp, #8]
0x000927c0 <get_average+84>: faddd d16, d17, d16
0x000927c4 <get_average+88>: vstr d16, [sp, #8]
0x000927c8 <get_average+92>: ldr r0, [sp, #24]
0x000927ca <get_average+94>: add.w r0, r0, #4294967295 ; 0xffffffff
0x000927ce <get_average+98>: str r0, [sp, #24]
0x000927d0 <get_average+100>: b.n 0x927a0 <get_average+52>
0x000927d2 <get_average+102>: vldr d16, [sp, #8]
0x000927d6 <get_average+106>: flds s0, [sp, #4]
0x000927da <get_average+110>: fsitod d17, s0
0x000927de <get_average+114>: fdivd d16, d16, d17
0x000927e2 <get_average+118>: vmov r0, r1, d16
0x000927e6 <get_average+122>: subs r4, r7, #4
0x000927e8 <get_average+124>: mov sp, r4
0x000927ea <get_average+126>: ldmia.w sp!, {r4, r7, lr}
0x000927ee <get_average+130>: add sp, #12
0x000927f0 <get_average+132>: bx lr
0x000927f2 <get_average+134>: nop
0x000927f4 <get_average+136>: lsls r0, r0, #0
0x000927f6 <get_average+138>: lsls r0, r0, #0
0x000927f8 <get_average+140>: lsls r0, r0, #0
0x000927fa <get_average+142>: lsls r0, r0, #0
在这里，我们可以看到，里面使用了堆栈寄存器sp，并从sp相关的内存中取参数操作，可以确定，依然采用堆栈方式传递参数的。
一些看起来动态的东西，在c语言那里是使用较为静态的东西来实现。
作者：陈曦
日期：2012-7-28 12:20:17
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