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C語言可變參數與函數參數的內存對齊詳解_C 語言

作者:熠熠L ? 更新時間: 2022-05-31 編程語言

什么是可變參數?

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參數,而不是預定義數量的參數。

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參數。

比如我們最常用的printf函數,它的函數聲明是:int printf(const char *format, ...);該函數就是一個典型的應用可變參數的實例,后面那三個...就是說明該函數是可變參數函數。

使用可變參數

要使用可變函數,得引用一個頭文件#include <stdarg.h>該文件提供了實現可變參數功能的函數和宏。
使用可變參數的步驟如下:

1.定義一個函數,最后一個參數為省略號...,省略號前面可以設置自定義參數(至少得有一個固定參數)。如
int getSum(int num, ...)//定義可變參數的函數

2.在函數中定義va_list類型的變量list,該類型在stdarg.h中已定義。

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

4.使用宏函數va_arglist來訪問參數列表中的每個項。

5.使用宏函數va_end來清理賦予list變量的內存。

宏的聲明

/** \brief      初始化 ap 變量,它與 va_arg 和 va_end 宏是一起使用的。
 *				last_arg 是最后一個傳遞給函數的已知的固定參數,即省略號之前的參數。
 *				這個宏必須在使用 va_arg 和 va_end 之前被調用。
 *
 * \param   	ap -- 這是一個 va_list 類型的對象,
 * 						它用來存儲通過 va_arg 獲取額外參數時所必需的信息。
 * \param   	last_arg -- 最后一個傳遞給函數的已知的固定參數(省略號前面的那個參數)。
 * \return      無
 *
 */
void va_start(va_list ap, last_arg)

/** \brief      檢索函數參數列表中類型為 type 的下一個參數。它無法判斷檢索到的參數是否是傳給函數的最后一個參數。
 *
 * \param   	ap -- 這是一個 va_list 類型的對象,存儲了有關額外參數和檢索狀態的信息。
 * 					該對象應在第一次調用 va_arg 之前通過調用 va_start 進行初始化。
 * \param   	type -- 這是一個類型名稱。該類型名稱是作為擴展自該宏的表達式的類型來使用的。
 * \return      該宏返回下一個額外的參數,是一個類型為 type 的表達式。
 *
 */
type va_arg(va_list ap, type)

/** \brief  	該宏允許使用了 va_start 宏的帶有可變參數的函數返回(釋放內存)。如果在從函數返回之前沒有調用 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 對象。
 * \return      無
 *
 */
void va_end(va_list ap)

實例1一個可變參數的函數,求和

#include <stdio.h>
#include <stdarg.h>//引用可變參數宏頭文件

int getSum(int num, ...)//定義可變參數的函數
{
    int sum = 0;
    va_list list;//創建va_list類型的變量
    va_start(list, num);//初始化可變參數list
    for(int i = 0; i < num; i++)
    {
        sum += va_arg(list, int);//訪問參數列表中的每個項
    }
    va_end(list);//釋放內存
    return sum;
}

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

實例2輸出字符串

#include <stdio.h>
#include <stdarg.h>//引用可變參數宏頭文件

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("%s\n", pstr);
    }
    va_end(list);
}

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

這里特別注意一下,宏va_arg無法判斷檢索到的參數是否是傳給函數的最后一個參數,所以我們需要告訴該參數是不是最后一個參數,有2個方法,一是在使用一個函數參數來說明可變參數的數量,一是定義一個結束標志符。

可變參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 = %d\n", getSum(3, a, b, c));
}
/*
輸出結果
sum = 6;
*/

為什么這樣也可以訪問可變參數呢?為什么指針p要加8呢?
因為這與函數參數的入棧出棧及函數參數的內存對齊有關。

函數參數的內存對齊

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

c 高地址
b
a 低地址

函數參數的傳遞存儲在棧中,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訪問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 = %p\n", &a);
    printf("b = %p\n", &b);
    printf("c = %p\n", &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,為什么是8呢?

因為我是在Window64位上運行的,故需要按照8字節對齊。

綜上,函數參數的傳遞存儲在棧中,從右至左壓入棧中,壓棧過程為遞減,出棧過程為遞增;并且需要進行內存對齊,Window64位為8字節對齊,32位為4字節對齊。

下面是我做的一些實驗,更改了函數參數類型。

短整型

#include <stdio.h>

void func(char a, short b, long long c)
{
    printf("a = %p\n", &a);
    printf("b = %p\n", &b);
    printf("c = %p\n", &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 = %p\n", &a);
    printf("b = %p\n", &b);
    printf("c = %p\n", &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 = %p\n", &a);
    printf("b = %p\n", &b);
    printf("c = %p\n", &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 = %p\n", &a);
    printf("b = %p\n", &b);
    printf("c = %p\n", &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。

建議可變參數使用引用頭文件stdarg.h得方式較好。

總結

原文鏈接:https://blog.csdn.net/qq_45607873/article/details/123779561

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