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C语言可变参数(从stdarg.h到应用)

2022-11-27 18:32 作者:AaaGss  | 我要投稿

1. 什么是可变参数函数

在C语言编程中有时会遇到一些参数可变的函数,例如printf()、scanf(),其函数原型为:

就拿 printf 来说吧,它除了有一个参数 format 固定以外,后面的参数其个数和类型都是可变的,用三个点“…”作为参数占位符。

2. 参数列表的构成

任何一个可变参数的函数都可以分为两部分:固定参数和可选参数。至少要有一个固定参数,其声明与普通函数参数声明相同;可选参数由于数目不定(0个或以上),声明时用"…"表示。固定参数和可选参数共同构成可变参数函数的参数列表。

3. 实现原理

C语言中使用 va_list 系列变参宏实现变参函数,此处va意为variable-argument(可变参数)。

x86平台VC6.0编译器中,stdarg.h头文件内变参宏定义如下:


_INTSIZEOF(n)

_INTSIZEOF宏考虑到某些系统需要内存地址对齐。从宏名看应按照sizeof(int)即栈粒度对齐,参数在内存中的地址均为sizeof(int)=4的倍数。

例如,若1≤sizeof(n)≤4,则_INTSIZEOF(n)=4;若5≤sizeof(n)≤8,则_INTSIZEOF(n)=8

在不考虑内存的情况下,库函数中的这条语句 (sizeof(n)+ sizeof(int) - 1) & ~(sizeof(int)-1)背后的意义也可以当作一种映射算法。具体上代码:

f%5Cleft(%20x%20%5Cright)%20%3D%5Cleft%5C%7B%20%5Cbegin%7Barray%7D%7Bl%7D%0A%092%5C%2C%5C%2C%2C1%5Cle%20x%5Cle%202%5C%5C%0A%094%5C%2C%5C%2C%2C3%5Cle%20x%5Cle%204%5C%5C%0A%09%5Ccdots%5C%5C%0A%5Cend%7Barray%7D%20%5Cright.%20%5C%20%5C%20%2C%5C%20x%5Cin%20%5Ctext%7BN%7D%5E%2B


f%5Cleft(%20x%20%5Cright)%20%3D%5Cleft%5C%7B%20%5Cbegin%7Barray%7D%7Bl%7D%0A%094%5C%20%2C1%5Cle%20x%5Cle%204%5C%5C%0A%098%5C%20%2C5%5Cle%20x%5Cle%208%5C%5C%0A%09%5Ccdots%5C%5C%0A%5Cend%7Barray%7D%20%5Cright.%20%20%5C%20%5C%20%2C%5C%20x%5Cin%20%5Ctext%7BN%7D%5E%2B


相信大家都看出规律了,这里就不总结了。另外int num,int mask是有符号的,当形参num为负数的时候,或者形参mask为负数的时候,这样就还有三种情况,有的也是有规律的,这里就不赘述了。


va_start(ap,v)

va_start宏首先根据(va_list)&v得到参数 v 在栈中的内存地址,加上_INTSIZEOF(v)即v所占内存大小后,使 ap 指向 v 的下一个参数。在使用的时候,一般用这个宏初始化 ap 指针,v 是变参列表的前一个参数,即最后一个固定参数,初始化的结果是 ap 指向第一个变参。

va_arg(ap, type)

这个宏取得 type 类型的可变参数值。首先ap += _INTSIZEOF(type),即 ap 跳过当前可变参数而指向下个变参的地址;然后ap-_INTSIZEOF(type)得到当前变参的内存地址,类型转换后解引用,最后返回当前变参值。

va_end(ap)

va_end 宏使 ap 不再指向有效的内存地址。该宏的某些实现定义为((void*)0),编译时不会为其产生代码,调用与否并无区别。但某些实现中 va_end 宏用于在函数返回前完成一些必要的清理工作:如 va_start 宏可能以某种方式修改栈,导致返回操作无法完成,va_end 宏可将有关修改复原;又如 va_start 宏可能为参数列表动态分配内存以便于遍历,va_end 宏可释放此内存。因此,从使用 va_start 宏的函数中退出之前,必须调用一次 va_end 宏。


4. 代码示例

变参宏无法智能识别可变参数的数目和类型,因此实现变参函数时需自行判断可变参数的数目和类型。所以我们就要想一些办法,比如

  1. 显式提供变参数目或设定遍历结束条件

  2. 显式提供变参类型枚举值,或在固定参数中包含足够的类型信息(如printf函数通过分析format字符串即可确定各变参类型)

  3. 主调函数和被调函数可约定变参的数目和类型

例1:函数通过固定参数指定可变参数个数,打印所有变参值

例2:函数定义一个结束标记(-1),调用时通过最后一个参数传递该标记,打印标记前所有变参值。

需要注意

va_arg(ap, type)宏中的 type 不可指定为以下类型:

  • char

  • short

  • float

在C语言中,调用不带原型声明或声明为变参的函数时,主调函数会在传递未显式声明的参数前对其执行缺省参数提升(default argument promotions),将提升后的参数值传递给被调函数。

提升操作如下:

  • float 类型的参数提升为 double 类型

  • char、short 和相应的 signed、unsigned 类型参数提升为 int 类型

  • 若 int 类型不能容纳原值,则提升为 unsigned int 类型

最后来一张图,帮助大家理解前文讲的宏。

5. 应用

在嵌入式开发中,经常使用int fputc(int ch, FILE *f)重映射printf()函数,例如重映射到ITM、串口、oled屏幕等,这种方式只能映射到一个地方,不是很方便。下面介绍一个终极方法,实现可变参数任意端口打印。这里以oled为例,代码如下:

6. 参考资料

https://blog.csdn.net/longintchar/article/details/85490103

https://www.cnblogs.com/clover-toeic/p/3736748.html


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