va_list、va_start、va_arg、va_end的原理与使用

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;
}