【转】va_list、va_start、va_arg、va_end的原理与使用

1. 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.
2. 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.
3. 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
4. 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); 
   }
   
   
   
5. 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.
   

6. 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;
  }
 }
}

 

 

 

 

1. 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：
   
   #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 
   
   
   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; 
   }