浅谈C/C++中可变参数的原理

要理解可变参数，首先要理解函数调用约定， 为什么只有__cdecl的调用约定支持可变参数，而__stdcall就不支持?

实际上__cdecl和__stdcall函数参数都是从右到左入栈，它们的区别在于由谁来清栈，__cdecl由外部调用函数清栈，而__stdcall由被调用函数本身清栈， 显然对于可变参数的函数，函数本身没法知道外部函数调用它时传了多少参数，所以没法支持被调用函数本身清栈(__stdcall), 所以可变参数只能用__cdecll.

另外还要理解函数参数传递过程中堆栈是如何生长和变化的，从堆栈低地址到高地址，依次存储 被调用函数局部变量，上一函数堆栈桢基址，函数返回地址，参数1， 参数2， 参数3...，相关知识可以参考我的这篇堆栈桢的生成原理 

有了上面的知识，我可以知道函数调用时，参数2的地址就是参数1的地址加上参数1的长度，而参数3的地址是参数2的地址加上参数2的长度，以此类推。

于是我们可以自己写可变参数的函数了， 代码如下:

int Sum(int nCount, ) 
{ 
    int nSum = 0; 
    int* p = &nCount; 
    for(int i=0; i<nCount; ++i) 
    { 
        cout << *(++p) << endl; 
        nSum += *p; 
    } 
 
    cout << "Sum:" << nSum << endl << endl; 
    return nSum; 
} 
 
string  SumStr(int nCount, ) 
{ 
    string str; 
    int* p = &nCount; 
 
    for(int i=0; i<nCount; ++i) 
    { 
        char* pTemp = (char*)*(++p); 
        cout <<  pTemp << endl; 
        str += pTemp; 
    } 
 
    cout << "SumStr:" << str << endl; 
    return str; 
} 

在我们的测试函数中nCount表示后面可变参数的个数，int Sum(int nCount, [[94242]])会打印后面的可变参数Int值，并且进行累加；string  SumStr(int nCount, [[94242]]) 会打印后面可变参数字符串内容，并连接所有字符串。

然后用下面代码进行测试:int main() 

{ 
    Sum(3, 10, 20, 30); 
    SumStr(5, "aa", "bb", "cc", "dd", "ff"); 
     
    system("pause"); 
 
    return 0; 
} 

测试结果如下:

可以看到，我们上面的实现有硬编码的味道，也有没有做字节对齐，为此系统专门给我们封装了一些支持可变参数的宏:

//typedef char *  va_list; 
//#define _ADDRESSOF(v)   ( &reinterpret_cast<const char &>(v) ) 
//#define _INTSIZEOF(n)   ( (sizeof(n) + sizeof(int) - 1) & ~(sizeof(int) - 1) ) 
//#define _crt_va_start(ap,v)  ( ap = (va_list)_ADDRESSOF(v) + _INTSIZEOF(v) ) 
//#define _crt_va_arg(ap,t)    ( *(t *)((ap += _INTSIZEOF(t)) - _INTSIZEOF(t)) ) 
//#define _crt_va_end(ap)      ( ap = (va_list)0 ) 
//#define va_start _crt_va_start 
//#define va_arg _crt_va_arg 
//#define va_end _crt_va_end 
//#define _ADDRESSOF(v)   ( &reinterpret_cast<const char &>(v) ) 
//#define _INTSIZEOF(n)   ( (sizeof(n) + sizeof(int) - 1) & ~(sizeof(int) - 1) ) 
//#define _crt_va_start(ap,v)  ( ap = (va_list)_ADDRESSOF(v) + _INTSIZEOF(v) ) 
//#define _crt_va_arg(ap,t)    ( *(t *)((ap += _INTSIZEOF(t)) - _INTSIZEOF(t)) ) 
//#define _crt_va_end(ap)      ( ap = (va_list)0 ) 
//#define va_start _crt_va_start 
//#define va_arg _crt_va_arg 
//#define va_end _crt_va_end 

用系统的这些宏，我们的代码可以这样写了:

//use va_arg, praram is int 
int SumNew(int nCount, ) 
{ 
    int nSum = 0; 
    va_list vl = 0; 
    va_start(vl, nCount); 
 
    for(int i=0; i<nCount; ++i) 
    { 
        int n = va_arg(vl, int); 
        cout << n << endl; 
        nSum += n; 
    } 
 
    va_end(vl); 
    cout << "SumNew:" << nSum << endl << endl; 
    return nSum; 
} 
 
//use va_arg,  praram is char* 
string SumStrNew(int nCount, ) 
{ 
    string str; 
    va_list vl = 0; 
    va_start(vl, nCount); 
 
    for(int i=0; i<nCount; ++i) 
    { 
        char* p = va_arg(vl, char*); 
        cout <<  p << endl; 
        str += p; 
    } 
 
    cout << "SumStrNew:" << str << endl << endl; 
    return str; 
} 

可以看到，其中 va_list实际上只是一个参数指针，va_start根据你提供的最后一个固定参数来获取第一个可变参数的地址，va_arg将指针指向下一个可变参数然后返回当前值, va_end只是简单的将指针清0.

用下面的代码进行测试:

int main()  
{ 
    Sum(3, 10, 20, 30); 
    SumStr(5, "aa", "bb", "cc", "dd", "ff"); 
     
    SumNew(3, 1, 2, 3); 
    SumStrNew(3, "12", "34", "56"); 
 
    system("pause"); 
 
    return 0; 
} 

结果如下: 

我们上面的例子传的可变参数都是4字节的， 如果我们的可变参数传的是一个结构体，结果会怎么样呢?

下面的例子我们传的可变参数是std::string

//use va_arg,  praram is std::string 
void SumStdString(int nCount, ) 
{ 
    string str; 
    va_list vl = 0; 
    va_start(vl, nCount); 
 
    for(int i=0; i<nCount; ++i) 
    { 
        string p = va_arg(vl, string); 
        cout <<  p << endl; 
        str += p; 
    } 
 
    cout << "SumStdString:" << str << endl << endl; 
} 
int main()  
{ 
Sum(3, 10, 20, 30); 
SumStr(5, "aa", "bb", "cc", "dd", "ff"); 
SumNew(3, 1, 2, 3); 
SumStrNew(3, "12", "34", "56"); 
string s1("hello "); 
string s2("world "); 
string s3("!"); 
SumStdString(3, s1, s2, s3); 
system("pause"); 
return 0; 
} 

运行结果如下:

可以看到即使传入的可变参数是std::string, 依然可以正常工作。

我们可以反汇编下看看这种情况下的参数传递过程:

很多时候编译器在传递类对象时，即使是传值，也会在堆栈上通过push对象地址的方式来传递，但是上面显然没有这么做，因为它要满足可变参数的调用约定,

另外，可以看到最后在调用sumStdString后，由add esp, 58h来外部清栈。

一个std::string大小是28, 58h = 88 = 28 + 28 + 28 + 4.

从上面的例子我们可以看到，对于可变参数的函数，有2种东西需要确定，一是可变参数的数量， 二是可变参数的类型，上面的例子中，参数数量我们是在第一个参数指定的，参数类型我们是自己约定的。这种方式在实际使用中显然是不方便，于是我们就有了_vsprintf, 我们根据一个格式化字符串的来表示可变参数的类型和数量，比如C教程中入门就要学习printf, sprintf等。

总的来说可变参数给我们提供了很高的灵活性和方便性，但是也给会造成不确定性，降低我们程序的安全性，很多时候可变参数数量或类型不匹配，就会造成一些不容察觉的问题，只有更好的理解它背后的原理，我们才能更好的驾驭它。

原文链接：http://www.cnblogs.com/weiym/archive/2012/09/18/2689917.html

【编辑推荐】