深度探索va_start、va_arg、va_end

    采用C語言編程的時候，函數中形式參數的數目通常是確定的，在調用時要依次給出與形式參數對應的所有實際參數。但在某些情況下希望函數的參數個數可以根據需要確定。典型的例子有大家熟悉的函數printf()、scanf()和系統調用execl()等。那麼它們是怎樣實現的呢？

    C編譯器通常提供了一系列處理這種情況的宏，以屏蔽不同的硬件平台造成的差異，增加程序的可移植性。這些宏包括va_start、va_arg和va_end等。在講解以上宏之前我們先了解一下調用函數時傳入參數的處理過程。

一、函數傳入參數過程

    一個函數包括函數名、傳入參數、返回參數以及函數體，函數體編譯後的二進制代碼儲存在程序代碼區。當用戶調用某個函數時，系統會通過函數名（C++中會涉及到mangled命名處理）查找函數體入口指針並壓入棧中，之後將傳入參數以從右至左的順序壓入棧中（棧空間是往低地址方向增長的，也即棧底對應高地址，棧頂對應低地址），示例如下：

#include <iostream>
using namespace std;

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

二、va_start、va_arg和va_end宏定義

  接著我們再來看看va_start、va_arg和va_end等宏的具體定義。

#define _INTSIZEOF(n)  ( (sizeof(n) + sizeof(int) - 1) & ~(sizeof(int) - 1) ) // 此句宏的作用是將類型n的大小向上取成4的倍數，如n為char型的話結果即為4

#ifdef  __cplusplus
#define _ADDRESSOF(v)  ( &reinterpret_cast<const char &>(v) ) // vs2015中此句高亮，作用是將v的地址重新解釋成char*型
#else
#define _ADDRESSOF(v)  ( &(v) )
#endif

#define _crt_va_start(ap,v)  ( ap = (va_list)_ADDRESSOF(v) + _INTSIZEOF(v) )
#define _crt_va_arg(ap,t)    ( *(t *)((ap += _INTSIZEOF(t)) - _INTSIZEOF(t)) )
#define _crt_va_end(ap)      ( ap = (va_list)0 )

#ifndef _VA_LIST_DEFINED
#ifdef _M_CEE_PURE
typedef System::ArgIterator va_list;
#else
typedefchar *  va_list;      // vs2015中此句高亮
#endif /* _M_CEE_PURE */
#define _VA_LIST_DEFINED
#endif
// 以上宏定義出現在vadef.h，通過stdio.h即可使用

#define va_start _crt_va_start
#define va_arg _crt_va_arg
#define va_end _crt_va_end
// 以上宏定義出現在stdarg.h中，若要使用則需加上 #include <stdarg.h>

三、va_start、va_arg和va_end使用示例

    容易看出，以上宏定義主要涉及地址操作，va_start獲取第二個傳入參數的地址給va_list類型變量（假設為arg_ptr），va_arg用於獲取當前參數值並將指針arg_ptr往後移，va_end則是將arg_ptr置為空。va_start、va_arg、va_end具體用法示例如下：

#include <stdio.h>
#include<stdarg.h>

int fun(int x, int y) {
   return x - y;
}

int fun(int count, ...) {
    va_list arg_ptr;      // 等同於 char *arg_ptr;
    int nArgValue = count;
   int nArgCout = 0;
    va_start(arg_ptr, count); // 使arg_ptr指向第二個參數的地址

    printf("The 1 th arg: %d\n", nArgValue);    // 輸出第一個參數的值
    int sum = 0;
   for (int i = 0; i < count; i++)
    {
       ++nArgCout;
        nArgValue= va_arg(arg_ptr, int);// 將arg_ptr所指參數返回成int並移動arg_ptr使其指向後一個參數，這裡假設傳入參數均是int型
        printf("The %d th arg: %d\n", i+2, nArgValue);  // 輸出各參數的值
        sum += nArgValue;
    }

    va_end(arg_ptr);   // 將arg_ptr置為空
    return sum;
}

int main() {
    cout<< fun(0) << endl;
    cout<< fun(1, 1) << endl;  // 優先匹配到函數int fun(int, int), 輸出0
    cout << fun(2, 3, 4) << endl;
   system("pause");



    return 0;

}

// Output:
// 0
// 0
// The 1 th arg: 2
// The 2 th arg: 3
// The 3 th arg: 4
// 7

    注意：以上宏操作並不提供參數個數獲取操作，這需要用戶在函數中獲取，如第二個fun函數使用count指明個數，printf通過解析第一個傳入參數來確定參數個數與類型等。