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C語言可變引數與函數引數的記憶體對齊詳解

2022-03-28 13:01:18

什麼是可變引數?

有時,您可能會碰到這樣的情況,您希望函數帶有可變數量的引數,而不是預定義數量的引數。

C 語言為這種情況提供了一個解決方案,它允許您定義一個函數,能根據具體的需求接受可變數量的引數。

比如我們最常用的printf函數,它的函數宣告是:int printf(const char *format, ...);該函數就是一個典型的應用可變引數的範例,後面那三個...就是說明該函數是可變引數函數。

使用可變引數

要使用可變函數,得參照一個標頭檔案#include <stdarg.h>該檔案提供了實現可變引數功能的函數和宏。
使用可變引數的步驟如下:

1.定義一個函數,最後一個引數為省略號...,省略號前面可以設定自定義引數(至少得有一個固定引數)。如
int getSum(int num, ...)//定義可變引數的函數

2.在函數中定義va_list型別的變數list,該型別在stdarg.h中已定義。

3.使用宏函數va_start來初始化變數list,該宏函數在stdarg.h中已定義。

4.使用宏函數va_arglist來存取參數列中的每個項。

5.使用宏函數va_end來清理賦予list變數的記憶體。

宏的宣告

/** brief      初始化 ap 變數,它與 va_arg 和 va_end 宏是一起使用的。
 *				last_arg 是最後一個傳遞給函數的已知的固定引數,即省略號之前的引數。
 *				這個宏必須在使用 va_arg 和 va_end 之前被呼叫。
 *
 * param   	ap -- 這是一個 va_list 型別的物件,
 * 						它用來儲存通過 va_arg 獲取額外引數時所必需的資訊。
 * param   	last_arg -- 最後一個傳遞給函數的已知的固定引數(省略號前面的那個引數)。
 * return      無
 *
 */
void va_start(va_list ap, last_arg)

/** brief      檢索函數參數列中型別為 type 的下一個引數。它無法判斷檢索到的引數是否是傳給函數的最後一個引數。
 *
 * param   	ap -- 這是一個 va_list 型別的物件,儲存了有關額外引數和檢索狀態的資訊。
 * 					該物件應在第一次呼叫 va_arg 之前通過呼叫 va_start 進行初始化。
 * param   	type -- 這是一個型別名稱。該型別名稱是作為擴充套件自該宏的表示式的型別來使用的。
 * return      該宏返回下一個額外的引數,是一個型別為 type 的表示式。
 *
 */
type va_arg(va_list ap, type)

/** brief  	該宏允許使用了 va_start 宏的帶有可變引數的函數返回(釋放記憶體)。如果在從函數返回之前沒有呼叫 va_end,則結果為未定義。
 *
 * param   	ap -- 這是之前由同一函數中的 va_start 初始化的 va_list 物件。
 * return      無
 *
 */
void va_end(va_list ap)

範例1一個可變引數的函數,求和

#include <stdio.h>
#include <stdarg.h>//參照可變引數宏標頭檔案

int getSum(int num, ...)//定義可變引數的函數
{
    int sum = 0;
    va_list list;//建立va_list型別的變數
    va_start(list, num);//初始化可變引數list
    for(int i = 0; i < num; i++)
    {
        sum += va_arg(list, int);//存取參數列中的每個項
    }
    va_end(list);//釋放記憶體
    return sum;
}

int main()
{
    printf("%dn", getSum(4, 4, 5, 6, 7));
}

範例2輸出字串

#include <stdio.h>
#include <stdarg.h>//參照可變引數宏標頭檔案

void func(char *demo, ...)
{
    char *pstr = NULL;
    va_list list;
    va_start(list, demo);
    while(1)
    {
        pstr = va_arg(list, char *);
        if(*pstr == '$')//以 '$' 代表結束
            break;
        printf("%sn", pstr);
    }
    va_end(list);
}

int main()
{
    func("demo", "ABC", "123", "Hello Wolrd!", '$');
}

這裡特別注意一下,宏va_arg無法判斷檢索到的引數是否是傳給函數的最後一個引數,所以我們需要告訴該引數是不是最後一個引數,有2個方法,一是在使用一個函數引數來說明可變引數的數量,一是定義一個結束標誌符。

可變引數的另外的一種使用方式

#include <stdio.h>

int getSum(int num, ...)
{
    int sum = 0;
    char *p = NULL;
    p = (char*)&num;
    p += 8;
    for(int i = 0; i < num; i++)
    {
        sum += *((int*)p);
        p += 8;
    }
    return sum;
}
int main()
{
    int a = 1;
    int b = 2;
    int c = 3;
    printf("sum = %dn", getSum(3, a, b, c));
}
/*
輸出結果
sum = 6;
*/

為什麼這樣也可以存取可變引數呢?為什麼指標p要加8呢?
因為這與函數引數的入棧出棧及函數引數的記憶體對齊有關。

函數引數的記憶體對齊

首先我們來看函數void func(int a, int b, int c)各個引數在棧中的位置

c高地址
b
a低地址

函數引數的傳遞儲存在棧中,從右至左壓入棧中,壓棧過程為遞減;出棧過程為遞增。

所以我們只需要知道a的地址,在a的地址上加上偏移量就可以存取b或者c了。

那應該加上多少偏移量呢?

#include <stdio.h>

void func(int a, int b, int c)
{
    printf("a = %pn", &a);
    printf("b = %pn", &b);
    printf("c = %pn", &c);
}
int main()
{
	int a,b,c;
	func(a, b, c);
}
/*
輸出結果
a = 000000000061FDF0
b = 000000000061FDF8
c = 000000000061FE00
*/

通過上例,發現它們之間相差8,為什麼是8呢?

因為我是在Window64位元上執行的,故需要按照8位元組對齊。

綜上,函數引數的傳遞儲存在棧中,從右至左壓入棧中,壓棧過程為遞減,出棧過程為遞增;並且需要進行記憶體對齊,Window64位元為8位元組對齊,32位元為4位元組對齊。

下面是我做的一些實驗,更改了函數引數型別。

短整型

#include <stdio.h>

void func(char a, short b, long long c)
{
    printf("a = %pn", &a);
    printf("b = %pn", &b);
    printf("c = %pn", &c);
}

int main()
{
    char a = 1;
    short b = 2;
    long long c = 3;
    func(a, b, c);
}
/*
輸出結果
a = 000000000061FDF0
b = 000000000061FDF8
c = 000000000061FE00
*/

浮點型

#include <stdio.h>

void func(double a, double b, double c)
{
    printf("a = %pn", &a);
    printf("b = %pn", &b);
    printf("c = %pn", &c);
}

int main()
{
    double a = 1;
    double b = 2;
    double c = 3;
    func(a, b, c);
}
/*
輸出結果
a = 000000000061FDF0
b = 000000000061FDF8
c = 000000000061FE00
*/

結構體1

#include <stdio.h>
typedef struct
{
    char c[7];
}str_t;

void func(str_t a, str_t b, str_t c)
{
    printf("a = %pn", &a);
    printf("b = %pn", &b);
    printf("c = %pn", &c);
}

int main()
{
    str_t a;
    str_t b;
    str_t c;
    func(a, b, c);
}
/*
輸出結果
a = 000000000061FDF0
b = 000000000061FDE0
c = 000000000061FDD0
*/

結構體2

#include <stdio.h>
typedef struct
{
    char c[4];
}str_t;

void func(str_t a, str_t b, str_t c)
{
    printf("a = %pn", &a);
    printf("b = %pn", &b);
    printf("c = %pn", &c);
}

int main()
{
    str_t a;
    str_t b;
    str_t c;
    func(a, b, c);
}
/*
輸出結果
a = 000000000061FDF0
b = 000000000061FDF8
c = 000000000061FE00
*/

結構體1出問題了,具體沒搞明白,歡迎大佬指導。

建議可變引數使用參照標頭檔案stdarg.h得方式較好。

總結

本篇文章就到這裡了,希望能夠給你帶來幫助,也希望您能夠多多關注it145.com的更多內容! 


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