可变参数, 它依赖于堆栈----小话c语言(23)

作者：陈曦

日期：2012-7-28 12:20:17 

环境：[Mac 10.7.1 Lion Intel i3 支持64位指令 gcc4.2.1 xcode4.2]  

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Q1： 可变参数的函数调用能够被正确执行的本质原因是什么？

A： 可变参数的一个重要特点就是参数个数不确定，但是最终可以被正确执行一般需要堆栈以及参数类型的确定性支持。如果参数类型都无法确定是某种或者某个范围内，那么可变参数函数是无法实现的。

Q2： 举个可变参数的例子吧。

A： 比如，求一组整形数的平均数：

      get_average(2,  100,  1000),  第一个参数表示求平均数的整数个数为2个，后面跟着2个整数100和1000； 

       如果是求3个数的平均数，调用如下：

      get_average(2,  100, 1000,  200).

      代码如下：

#include <stdio.h>#include <string.h>#include <stdlib.h>#include <stdarg.h>#define PRINT_D(longValue)       printf(#longValue" is %ld\n", ((long)longValue));#define PRINT_STR(str)              printf(#str" is %s\n", (str));#define PRINT_DBL(doubleValue)       printf(#doubleValue" is %f\n", (doubleValue));double get_average(int int_num_count, ...){    va_list list;    double sum = 0;    int int_num_count_bak = int_num_count;        va_start(list, int_num_count);    while(int_num_count > 0)    {        sum += va_arg(list, int);        --int_num_count;    }        va_end(list);    return sum / int_num_count_bak;}int main(){    double ret = get_average(2, 3, 4);    PRINT_DBL(ret)        ret = get_average(3, 3, 4, 5);    PRINT_DBL(ret)        return 0;}

Q3： get_average函数原型最后的...就是表示可变参数？

A： 是的。也可以参考printf函数的原型：

int printf(const char * __restrict, ...) __DARWIN_LDBL_COMPAT(printf) __printflike(1, 2);

Q4： va_list, va_start, va_arg和va_end，它们实现了什么？

A： 它们分别实现了从堆栈中获取参数的首地址，依次获取不同参数的地址，最后结束处理的操作。

Q5： va_list等几个类型和函数(或者宏)的内部是如何实现的？

A： 在mac下，它们被宏定义为另外一个类型，内部的具体实现没有公开。下面将windows的实现列出(部分代码)：

#ifndef _VA_LIST_DEFINED#ifdef  _M_ALPHAtypedef struct {        char *a0;       /* pointer to first homed integer argument */        int offset;     /* byte offset of next parameter */} va_list;#elsetypedef char *  va_list;#endif#define _VA_LIST_DEFINED#endif#ifdef  _M_IX86#define _INTSIZEOF(n)   ( (sizeof(n) + sizeof(int) - 1) & ~(sizeof(int) - 1) )#define va_start(ap,v)  ( ap = (va_list)&v + _INTSIZEOF(v) )#define va_arg(ap,t)    ( *(t *)((ap += _INTSIZEOF(t)) - _INTSIZEOF(t)) )#define va_end(ap)      ( ap = (va_list)0 )#elif   defined(_M_MRX000)

可以看出，va_list就是一个类似char *的结构，保存参数的首地址(可能还包含下一个参数的偏移)信息；

va_start会定位到第一个可变参数的地址位置；

va_arg会根据参数类型获得此参数的值；

va_end做一个简单的置空操作，作为一个标志。

Q6： c语言函数的默认调用方式采用__cdecl，是否也间接支持了可变参数的实现？

A： 是的。再比如arm平台，在参数较少的情况下，参数是被优先传入寄存器的；如果超过一定的个数，那么参数采用入栈的方式。那么，对于上面的代码，在arm平台到底使用寄存器还是堆栈呢？ 在xcode中创建一个ios工程，将上面的代码加入，编译得到它的arm汇编：

0x0009276c <get_average+0>:subsp, #120x0009276e <get_average+2>:push{r4, r7, lr}0x00092770 <get_average+4>:addr7, sp, #40x00092772 <get_average+6>:subsp, #280x00092774 <get_average+8>:movr4, sp0x00092776 <get_average+10>:bic.wr4, r4, #7; 0x70x0009277a <get_average+14>:movsp, r40x0009277c <get_average+16>:strr3, [r7, #16]0x0009277e <get_average+18>:strr2, [r7, #12]0x00092780 <get_average+20>:strr1, [r7, #8]0x00092782 <get_average+22>:addr1, sp, #200x00092784 <get_average+24>:movsr2, #00x00092786 <get_average+26>:movtr2, #0; 0x00x0009278a <get_average+30>:vldrd16, [pc, #104]; 0x927f6 <get_average+138>0x0009278e <get_average+34>:strr0, [sp, #24]0x00092790 <get_average+36>:vstrd16, [sp, #8]0x00092794 <get_average+40>:ldrr0, [sp, #24]0x00092796 <get_average+42>:strr0, [sp, #4]0x00092798 <get_average+44>:add.wr0, r7, #8; 0x80x0009279c <get_average+48>:strr0, [r1, #0]0x0009279e <get_average+50>:strr2, [sp, #0]0x000927a0 <get_average+52>:movsr0, #00x000927a2 <get_average+54>:movtr0, #0; 0x00x000927a6 <get_average+58>:ldrr1, [sp, #24]0x000927a8 <get_average+60>:cmpr1, r00x000927aa <get_average+62>:ble.n0x927d2 <get_average+102>0x000927ac <get_average+64>:ldrr0, [sp, #20]0x000927ae <get_average+66>:addsr1, r0, #40x000927b0 <get_average+68>:strr1, [sp, #20]0x000927b2 <get_average+70>:ldrr0, [r0, #0]0x000927b4 <get_average+72>:fmsrs0, r00x000927b8 <get_average+76>:fsitodd16, s00x000927bc <get_average+80>:vldrd17, [sp, #8]0x000927c0 <get_average+84>:fadddd16, d17, d160x000927c4 <get_average+88>:vstrd16, [sp, #8]0x000927c8 <get_average+92>:ldrr0, [sp, #24]0x000927ca <get_average+94>:add.wr0, r0, #4294967295; 0xffffffff0x000927ce <get_average+98>:strr0, [sp, #24]0x000927d0 <get_average+100>:b.n0x927a0 <get_average+52>0x000927d2 <get_average+102>:vldrd16, [sp, #8]0x000927d6 <get_average+106>:fldss0, [sp, #4]0x000927da <get_average+110>:fsitodd17, s00x000927de <get_average+114>:fdivdd16, d16, d170x000927e2 <get_average+118>:vmovr0, r1, d160x000927e6 <get_average+122>:subsr4, r7, #40x000927e8 <get_average+124>:movsp, r40x000927ea <get_average+126>:ldmia.wsp!, {r4, r7, lr}0x000927ee <get_average+130>:addsp, #120x000927f0 <get_average+132>:bxlr0x000927f2 <get_average+134>:nop0x000927f4 <get_average+136>:lslsr0, r0, #00x000927f6 <get_average+138>:lslsr0, r0, #00x000927f8 <get_average+140>:lslsr0, r0, #00x000927fa <get_average+142>:lslsr0, r0, #0

在这里，我们可以看到，里面使用了堆栈寄存器sp，并从sp相关的内存中取参数操作，可以确定，依然采用堆栈方式传递参数的。

一些看起来动态的东西，在c语言那里是使用较为静态的东西来实现。

作者：陈曦

日期：2012-7-28 12:20:17 

环境：[Mac 10.7.1 Lion Intel i3 支持64位指令 gcc4.2.1 xcode4.2]  

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