标准 C 库

 

va_list是一个宏，由va_start和va_end界定  

2011-05-25 22:14:23|  分类： C++ |  标签： |字号大中小 订阅

在C/C++函数中使用可变参数 

作者转自：http://foggy-elves.blog.sohu.com/

　　下面介绍在C/C++里面使用的可变参数函数。

　　先说明可变参数是什么，先回顾一下C++里面的函数重载，如果重复给出如下声明：

　　int func();

　　int func(int);

　　int func(float);

　　int func(int, int);

　　...

　　这样在调用相同的函数名 func 的时候，编译器会自动识别入参列表的格式，从而调用相对应的函数体。

　　但这样的方法毕竟有限，试想一下我们假如想定义一个函数，我们在调用之前(在运行期之前)根本不知道我到底要调用几个参数，并且

不知道这些参数是个什么类型，例如我

们想定义一个函数：

　　int max(int n, ...);

　　用来返回一串随意长度输入参数的最大值，例如调用

　　max(3, 10, 20, 30)的时候，可以返回(n=3)个数 10,20,30 的最大值30。

　　并且还可以接受任意个参数的输入，例如：

　　max(6, 20, 40, 10, 50, 30, 40)也应该是被接受的，返回最大值50。

　　这怎么达到呢？

　　其实这样的例子我们肯定见过，最典型的就是 printf 函数，可以看 printf 函数的原形：

　　int printf(char*, ...);

　　它接受一个格式字符串，并且后面跟随任意指定的参数，根据实际需要而确定入参的个数。

　　实际上它的实现要依赖于一个标准 C 库 <stdarg.h>，stdandard argument(标准参数) 的意思。下面先稍为介绍一下 <stdarg.h>，或者在 C++ 中的 <cstdarg> 的功效：

　　这实际上是一组初始化和调用可变参数的宏，下面先介绍一下可变参数表的调用形式以及原理：

　　首先是参数的内存存放格式：参数存放在内存的堆栈段中，在执行函数的时候，从最后一个开始入栈。因此栈底高地址，栈顶低地址，举个例子如下：

　　void func(int x, float y, char z);

　　那么，调用函数的时候，实参 char z 先进栈，然后是 float y，最后是 int x，因此在内存中变量的存放次序是 x->y->z，因此，从理论上说，我们只要探测到任意一个变量的

地址，并且知道其他变量的类型，通过指针移位运算，则总可以顺藤摸瓜找到其他的输入变量。

　　然后是可变入参表格式，省略的参数用 ... 代替，但必须注意：

1. 只能有一个 ... 并且它必须是最后一个参数；

2. 不要只用一个 ... 作为所有的参数，因为从后面可以知道，这样你无法确定入参表的地址。

　　举个例子，声明函数如下：

　　void func(int x, int y, ...);

　　然后调用：func(3, 5, 'c', 2.1f, 6);

　　于是在调用参数的时候，编译器则不会检查实际输入的是什么参数，只管把所有参数按照上面描述的方法，变成实参堆放在内存中，在本例中，内存中依次存放 x=3, y=5, 'c', 2.1f, 6

　　但是有一个需要注意的地方，这些东西只是紧挨着堆放在内存中，于是想要正确调用这些参数，必须知道他们确切的类型，并且我们也关心这个参数表实际的长度，然而不幸的是，

这些我们无从得知。因此，这个解决办法决不是高明的，从某种程度上说，这甚至是一个严重的漏洞。因此，C++ 很不提倡去使用它。

　　不过缺点归缺点，万不得已的时候我们还是得用，但是我们对里面输入变量的时候，应该对入参的类型有一个清醒的认识，否则这样的操作是很危险的。

　　下面是 <stdarg.h> 对上面这一个思路的实现，里面重要的几个宏定义如下：

　　typedef char* va_list;

　　void va_start ( va_list ap, prev_param ); /* ANSI version */

　　type va_arg ( va_list ap, type ); 

　　void va_end ( va_list ap ); 

　　其中，va_list 是一个字符指针，可以理解为指向当前参数的一个指针，取参必须通过这个指针进行。

<Step 1> 在调用参数表之前，应该定义一个 va_list 类型的变量，以供后用(下面假设这个 va_list 类型变量被定义为ap)；

<Step 2> 然后应该对 ap 进行初始化，让它指向可变参数表里面的第一个参数，这是通过 va_start 来实现的，第一个参数是 ap 本身，第二个参数是在变参表前面紧挨着的一个变量；

<Step 3> 然后是获取参数，调用 va_arg，它的第一个参数是 ap，第二个参数是要获取的参数的指定类型，然后返回这个指定类型的值，并且把 ap 的位置指向变参表的下一个变量位置；

<Step 4> 获取所有的参数之后，我们有必要将这个 ap 指针关掉，以免发生危险，方法是调用 va_end，他是输入的参数 ap 置为 NULL，应该养成获取完参数表之后关闭指针的习惯。

　　例如开始的例子 int max(int n, ...); 其函数内部应该如此实现：

int max(int n, ...) {                   // 定参 n 表示后面变参数量，定界用，输入时切勿搞错

  va_list ap;                            // 定义一个 va_list 指针来访问参数表

  va_start(ap, n);                       // 初始化 ap，让它指向第一个变参

  int maximum = -0x7FFFFFFF;            // 这是一个最小的整数

  int temp;

  for(int i = 0; i < n; i++) {

    temp = va_arg(ap, int);             // 获取一个 int 型参数，并且 ap 指向下一个参数

    if(maximum < temp) maximum = temp;

  }

  va_end(ap);                            // 善后工作，关闭 ap

  return max;

}

// 在主函数中测试 max 函数的行为(C++ 格式)

int main() {

  cout << max(3, 10, 20, 30) << endl;

  cout << max(6, 20, 40, 10, 50, 30, 40) << endl;

}

　　基本用法阐述至此，可以看到，这个方法存在两处极严重的漏洞：其一，输入参数的类型随意性，使得参数很容易以一个不正确的类型获取一个值(譬如输入一个float，却以int型去获取他)，这样做会出现莫名其妙的运行结果；其二，变参表的大小并不能在运行时获取，这样就存在一个访问越界的可能性，导致后果严重的 RUNTIME ERROR。

　　另外，<stdarg.h> 的内部实现形式在这处不再加说明，如果有需要可以参考下面的两个连接(感谢他们的作者)。

　　http://www.cndw.com/tech/program/2006051065821.asp

　　http://blog.csdn.net/wzwind/archive/2007/06/26/1666518.aspx

　　作为建议，在 C++ 环境中尽量不要使用这种方法，如有需要，尽量先考虑使用类或者重载来代替，这样可以很好地弥补这种方法的漏洞。

可变参数

　　在C/C++函数中使用可变参数

　　作者转自：http://foggy-elves.blog.sohu.com/

　　下面介绍在C/C++里面使用的可变参数函数。

　　先说明可变参数是什么，先回顾一下C++里面的函数重载，如果重复给出如下声明：

　　int func();

　　int func(int);

　　int func(float);

　　int func(int, int);

　　...

　　这样在调用相同的函数名 func 的时候，编译器会自动识别入参列表的格式，从而调用相对应的函数体。

　　但这样的方法毕竟有限，试想一下我们假如想定义一个函数，我们在调用之前(在运行期之前)根本不知道我到底要调用几个参数，并且不知道这些参数是个什么类型，例如我们想定义一个函数：

　　int max(int n, ...);

　　用来返回一串随意长度输入参数的最大值，例如调用

　　max(3, 10, 20, 30)的时候，可以返回(n=3)个数 10,20,30 的最大值30。

　　并且还可以接受任意个参数的输入，例如：

　　max(6, 20, 40, 10, 50, 30, 40)也应该是被接受的，返回最大值50。

　　这怎么达到呢？

　　其实这样的例子我们肯定见过，最典型的就是 printf 函数，可以看 printf 函数的原形：

　　int printf(char*, ...);

标准 C 库 <stdarg.h>

　　它接受一个格式字符串，并且后面跟随任意指定的参数，根据实际需要而确定入参的个数。

　　实际上它的实现要依赖于一个标准 C 库 <stdarg.h>，standard argument(标准参数) 的意思。下面先稍为介绍一下 <stdarg.h>，或者在 C++ 中的 <cstdarg> 的功效：

　　这实际上是一组初始化和调用可变参数的宏，下面先介绍一下可变参数表的调用形式以及原理：

　　首先是参数的内存存放格式：参数存放在内存的堆栈段中，在执行函数的时候，从最后一个开始入栈。因此栈底高地址，栈顶低地址，举个例子如下：

　　void func(int x, float y, char z);

　　那么，调用函数的时候，实参 char z 先进栈，然后是 float y，最后是 int x，因此在内存中变量的存放次序是 x->y->z，因此，从理论上说，我们只要探测到任意一个变量的地址，并且知道其他变量的类型，通过指针移位运算，则总可以顺藤摸瓜找到其他的输入变量。

　　然后是可变入参表格式，省略的参数用 ... 代替，但必须注意：

　　1. 只能有一个 ... 并且它必须是最后一个参数；

　　2. 不要只用一个 ... 作为所有的参数，因为从后面可以知道，这样你无法确定入参表的地址。

　　举个例子，声明函数如下：

　　void func(int x, int y, ...);

　　然后调用：func(3, 5, 'c', 2.1f, 6);

　　于是在调用参数的时候，编译器则不会检查实际输入的是什么参数，只管把所有参数按照上面描述的方法，变成实参堆放在内存中，在本例中，内存中依次存放 x=3, y=5, 'c', 2.1f, 6

　　但是有一个需要注意的地方，这些东西只是紧挨着堆放在内存中，于是想要正确调用这些参数，必须知道他们确切的类型，并且我们也关心这个参数表实际的长度，然而不幸的是，这些我们无从得知。因此，这个解决办法决不是高明的，从某种程度上说，这甚至是一个严重的漏洞。因此，C++ 很不提倡去使用它。

　　不过缺点归缺点，万不得已的时候我们还是得用，但是我们对里面输入变量的时候，应该对入参的类型有一个清醒的认识，否则这样的操作是很危险的。

　　下面是 <stdarg.h> 对上面这一个思路的实现，里面重要的几个宏定义如下：

　　typedef char* va_list;

　　void va_start ( va_list ap, prev_param ); /* ANSI version */

　　type va_arg ( va_list ap, type );

　　void va_end ( va_list ap );

　　其中，va_list 是一个字符指针，可以理解为指向当前参数的一个指针，取参必须通过这个指针进行。

使用<stdarg.h>步骤

<Step 1>

　　在调用参数表之前，应该定义一个 va_list 类型的变量，以供后用(下面假设这个 va_list 类型变量被定义为ap)；

<Step 2>

　　然后应该对 ap 进行初始化，让它指向可变参数表里面的第一个参数，这是通过 va_start 来实现的，第一个参数是 ap 本身，第二个参数是在变参表前面紧挨着的一个变量；

<Step 3>

　　然后是获取参数，调用 va_arg，它的第一个参数是 ap，第二个参数是要获取的参数的指定类型，然后返回这个指定类型的值，并且把 ap 的位置指向变参表的下一个变量位置；

<Step 4>

　　获取所有的参数之后，我们有必要将这个 ap 指针关掉，以免发生危险，方法是调用 va_end，他是输入的参数 ap 置为 NULL，应该养成获取完参数表之后关闭指针的习惯。

例子

　　例如开始的例子 int max(int n, ...); 其函数内部应该如此实现：

　　int max(int n, ...) { // 定参 n 表示后面变参数量，定界用，输入时切勿搞错

　　va_list ap; // 定义一个 va_list 指针来访问参数表

　　va_start(ap, n); // 初始化 ap，让它指向第一个变参

　　int maximum = -0x7FFFFFFF; // 这是一个最小的整数

　　int temp;

　　for(int i = 0; i < n; i++) {

　　temp = va_arg(ap, int); // 获取一个 int 型参数，并且 ap 指向下一个参数

　　if(maximum < temp) maximum = temp;

　　}

　　va_end(ap); // 善后工作，关闭 ap

　　return maximum ;

　　}

　　// 在主函数中测试 max 函数的行为(C++ 格式)

　　int main() {

　　cout << max(3, 10, 20, 30) << endl;

　　cout << max(6, 20, 40, 10, 50, 30, 40) << endl;

　　}

存在不足

　　基本用法阐述至此，可以看到，这个方法存在两处极严重的漏洞：

其一，

　　输入参数的类型随意性，使得参数很容易以一个不正确的类型获取一个值(譬如输入一个float，却以int型去获取他)，这样做会出现莫名其妙的运行结果；

其二，

　　变参表的大小并不能在编译时获取，这样就存在一个访问越界的可能性，导致后果严重的 RUNTIME ERROR。

　　另外，<stdarg.h> 的内部实现形式在这处不再加说明，如果有需要可以参考下面的两个连接(感谢他们的作者)。^[1][2]

建议

　　作为建议，在 C++ 环境中尽量不要使用这种方法，如有需要，尽量先考虑使用类或者重载来代替，这样可以很好地弥补这种方法的漏洞。

　　全文完感谢读者，ELF原创，转载请注明出处

　　bitou补充：

　　这里面有一个例子，求参数的平均值，这些参数是可变参数，现在将函数奉上：

　　#include <stdarg.h>

　　float average(int n_value,...)//可变参数函数

　　{

　　va_list var_arg;//va_list类型变量用于访问参数列表中未定义的部分

　　int count;

　　float sum = 0;

　　va_start(var_arg,n_value);//va_start宏将var_arg指定为可变参数部分的第一个参数

　　for(count=0; count<n_value;count +=1)

　　{

　　sum += va_arg(var_arg,int);//va_arg返回var_arg的值，并指向参数列表中的下一个参数

　　}

　　va_end(var_arg);//访问完最后一个可变参数之后，调用va_end宏终止使用可变参数

　　return sum/n_value;