C里面的变长参数

2021-01-27 约 1115 字预计阅读 3 分钟

摘要: 本文介绍了C语言中通过stdarg.h实现可变长参数的方法，包括va_list、va_start、va_arg、va_end的定义和作用，分析了函数调用和参数传递的内存结构、参数的存储顺序以及内存对齐方式，结合汇编代码说明了参数在内存中的布局和操作过程，强调了参数从右到左的传递顺序和指针的移动机制，最后通过示例演示了可变参数函数的实现和使用。 (评价: A)

stdarg.h

这里用到的是stdarg.h这个库, 可以在C语言里面实现可变长参数.

当然C++会简单得多, C++11之后的模板原生支持可变长参数.

几个函数va_list、va_start、va_arg、va_end，定义在stdarg.h

内存结构

先需要理解C/C++函数入参的顺序.

按照以下的demo, 将其翻译成汇编代码.

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#include <iostream>
using namespace std;

int sum(const int &a, const int &b, const int &c)
{
    int d = 0;
    d = a + b + c;
    return d;
}

int main()
{
    int s = sum(1, 2, 3);
    cout << s << endl;

    return 1;
}

首先是main函数, 主体部分的汇编

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mov    DWORD PTR [rbp-0x10],0x3
mov    DWORD PTR [rbp-0xc],0x2
mov    DWORD PTR [rbp-0x8],0x1
lea    rdx,[rbp-0x10]
lea    rcx,[rbp-0xc]
lea    rax,[rbp-0x8]
mov    rsi,rcx
mov    rdi,rax
call   401172 <sum(int const&, int const&, int const&)>

可以看到, main函数调用了sum函数, 首先搜获取三个参数, 1, 2, 3; 获取顺序是从右往左的. 先获取了3再是2再是1.

之后是一些操作将这三个参数从内存放到寄存器(Why?), 然后调用sum函数.

sum函数的汇编代码如下

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mov    QWORD PTR [rbp-0x18],rdi
mov    QWORD PTR [rbp-0x20],rsi
mov    QWORD PTR [rbp-0x28],rdx
mov    DWORD PTR [rbp-0x4],0x0
mov    rax,QWORD PTR [rbp-0x18]
mov    edx,DWORD PTR [rax]
mov    rax,QWORD PTR [rbp-0x20]
mov    eax,DWORD PTR [rax]
add    edx,eax
mov    rax,QWORD PTR [rbp-0x28]
mov    eax,DWORD PTR [rax]
add    eax,edx
mov    DWORD PTR [rbp-0x4],eax
mov    eax,DWORD PTR [rbp-0x4]

首先是从寄存器取值, 放到内存, 然后进入函数, 执行函数内部的操作, 最后将计算结果从内存放到寄存器. 这里注意一下型参的顺序. rdi, rsi, rdx对应的内存分别是a, b, c.

所以, 可以对上面的demo, 可以知道其内存分布是

对函数本体:

从低地址到高地址, 型参按照从左往右的顺序, 函数体按照从上往下的顺序执行;

https://bu.dusays.com/2022/06/26/62b87a591f18a.png — 函数本体

对函数调用:

从低地址到高地址, 实参按照从右往左的顺序, 函数体按照从上往下的顺序执行;

https://bu.dusays.com/2022/06/26/62b87a5bce077.png — 函数调用

内存对齐

源码头文件中，注意一下这个宏，内存对齐作用看这里：

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#define __va_rounded_size(TYPE)  \
  (((sizeof (TYPE) + sizeof (int) - 1) / sizeof (int)) * sizeof (int))

TYPE size >= 4，偏移量=(sizeof(TYPE) / 4) * 4
TYPE size < 4, 偏移量=4

所以是按4Byte，32位对齐。

va_list

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typedef char *va_list;

仅是一个指针, 这是一个适用于 va_start()、va_arg() 和 va_end() 这三个宏存储信息的类型。

va_start

将AP指向第一个参数的下一个参数的地址.

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#ifndef __sparc__
#define va_start(AP, LASTARG)                                           \
 (AP = ((char *) &(LASTARG) + __va_rounded_size (LASTARG)))
#else
#define va_start(AP, LASTARG)                                           \
 (__builtin_saveregs (),                                                \
  AP = ((char *) &(LASTARG) + __va_rounded_size (LASTARG)))
#endif

va_arg

AP指向下一个参数, 同时返回上一个参数的内容.

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#define va_arg(AP, TYPE)                                                \
 (AP += __va_rounded_size (TYPE),                                       \
  *((TYPE *) (AP - __va_rounded_size (TYPE))))

va_end

将AP指针置空, 做保护用.

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#define va_end(AP)
//有些代码中定义为
#define va_end(ap)      ( ap = (va_list)0 )

用例

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int sum(int count, ...)
{
    va_list vl;
    int sum = 0;
    va_start(vl, count);
    for (int i = 0; i < count; ++i)
    {
        sum += va_arg(vl, int);
    }
    va_end(vl);
    return sum;
}

结合开头讲述的内存分布就不难理解, va_list是一个指针, 型参都是在连续内存中的.

va_start(vl, count)的时候, 指向了count的下一个指针(count地址, 加上count的size).

va_arg(vl, int)的时候, 先是将vl指向下一个地址, 然后再返回上一个地址的值.