C語言可變參數(shù)與函數(shù)參數(shù)的內(nèi)存對齊詳解

更新時(shí)間：2022年03月28日 10:32:35 作者：熠熠L

這篇文章主要為大家詳細(xì)介紹了C語言可變參數(shù)與函數(shù)參數(shù)的內(nèi)存對齊，文中示例代碼介紹的非常詳細(xì)，具有一定的參考價(jià)值，感興趣的小伙伴們可以參考一下，希望能夠給你帶來幫助

什么是可變參數(shù)？

有時(shí)，您可能會(huì)碰到這樣的情況，您希望函數(shù)帶有可變數(shù)量的參數(shù)，而不是預(yù)定義數(shù)量的參數(shù)。

C 語言為這種情況提供了一個(gè)解決方案，它允許您定義一個(gè)函數(shù)，能根據(jù)具體的需求接受可變數(shù)量的參數(shù)。

比如我們最常用的printf函數(shù)，它的函數(shù)聲明是：int printf(const char *format, ...);該函數(shù)就是一個(gè)典型的應(yīng)用可變參數(shù)的實(shí)例，后面那三個(gè)...就是說明該函數(shù)是可變參數(shù)函數(shù)。

使用可變參數(shù)

要使用可變函數(shù)，得引用一個(gè)頭文件#include <stdarg.h>該文件提供了實(shí)現(xiàn)可變參數(shù)功能的函數(shù)和宏。
使用可變參數(shù)的步驟如下：

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

2.在函數(shù)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(shù)va_start來初始化變量list，該宏函數(shù)在stdarg.h中已定義。

4.使用宏函數(shù)va_arg和list來訪問參數(shù)列表中的每個(gè)項(xiàng)。

5.使用宏函數(shù)va_end來清理賦予list變量的內(nèi)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(gè)傳遞給函數(shù)的已知的固定參數(shù)，即省略號之前的參數(shù)。
 *				這個(gè)宏必須在使用 va_arg 和 va_end 之前被調(diào)用。
 *
 * \param   	ap -- 這是一個(gè) va_list 類型的對象，
 * 						它用來存儲(chǔ)通過 va_arg 獲取額外參數(shù)時(shí)所必需的信息。
 * \param   	last_arg -- 最后一個(gè)傳遞給函數(shù)的已知的固定參數(shù)(省略號前面的那個(gè)參數(shù))。
 * \return      無
 *
 */
void va_start(va_list ap, last_arg)

/** \brief      檢索函數(shù)參數(shù)列表中類型為 type 的下一個(gè)參數(shù)。它無法判斷檢索到的參數(shù)是否是傳給函數(shù)的最后一個(gè)參數(shù)。
 *
 * \param   	ap -- 這是一個(gè) va_list 類型的對象，存儲(chǔ)了有關(guān)額外參數(shù)和檢索狀態(tài)的信息。
 * 					該對象應(yīng)在第一次調(diào)用 va_arg 之前通過調(diào)用 va_start 進(jìn)行初始化。
 * \param   	type -- 這是一個(gè)類型名稱。該類型名稱是作為擴(kuò)展自該宏的表達(dá)式的類型來使用的。
 * \return      該宏返回下一個(gè)額外的參數(shù)，是一個(gè)類型為 type 的表達(dá)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(shù)的函數(shù)返回(釋放內(nèi)存)。如果在從函數(shù)返回之前沒有調(diào)用 va_end，則結(jié)果為未定義。
 *
 * \param   	ap -- 這是之前由同一函數(shù)中的 va_start 初始化的 va_list 對象。
 * \return      無
 *
 */
void va_end(va_list ap)

實(shí)例1一個(gè)可變參數(shù)的函數(shù)，求和

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

int getSum(int num, ...)//定義可變參數(shù)的函數(shù)
{
    int sum = 0;
    va_list list;//創(chuàng)建va_list類型的變量
    va_start(list, num);//初始化可變參數(shù)list
    for(int i = 0; i < num; i++)
    {
        sum += va_arg(list, int);//訪問參數(shù)列表中的每個(gè)項(xiàng)
    }
    va_end(list);//釋放內(nèi)存
    return sum;
}

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

實(shí)例2輸出字符串

#include <stdio.h>
#include <stdarg.h>//引用可變參數(shù)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(jié)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(shù)是否是傳給函數(shù)的最后一個(gè)參數(shù)，所以我們需要告訴該參數(shù)是不是最后一個(gè)參數(shù)，有2個(gè)方法，一是在使用一個(gè)函數(shù)參數(shù)來說明可變參數(shù)的數(shù)量，一是定義一個(gè)結(jié)束標(biāo)志符。

可變參數(shù)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(jié)果
sum = 6;
*/

為什么這樣也可以訪問可變參數(shù)呢？為什么指針p要加8呢？
因?yàn)檫@與函數(shù)參數(shù)的入棧出棧及函數(shù)參數(shù)的內(nèi)存對齊有關(guān)。

函數(shù)參數(shù)的內(nèi)存對齊

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

c	高地址
b	↓
a	低地址

函數(shù)參數(shù)的傳遞存儲(chǔ)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(yīng)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(jié)果
a = 000000000061FDF0
b = 000000000061FDF8
c = 000000000061FE00
*/

通過上例，發(fā)現(xiàn)它們之間相差8，為什么是8呢？

因?yàn)槲沂窃赪indow64位上運(yùn)行的，故需要按照8字節(jié)對齊。

綜上，函數(shù)參數(shù)的傳遞存儲(chǔ)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(jìn)行內(nèi)存對齊，Window64位為8字節(jié)對齊，32位為4字節(jié)對齊。

下面是我做的一些實(shí)驗(yàn)，更改了函數(shù)參數(shù)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(jié)果
a = 000000000061FDF0
b = 000000000061FDF8
c = 000000000061FE00
*/

浮點(diǎn)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(jié)果
a = 000000000061FDF0
b = 000000000061FDF8
c = 000000000061FE00
*/

結(jié)構(gòu)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(jié)果
a = 000000000061FDF0
b = 000000000061FDE0
c = 000000000061FDD0
*/

結(jié)構(gòu)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(jié)果
a = 000000000061FDF0
b = 000000000061FDF8
c = 000000000061FE00
*/

結(jié)構(gòu)體1出問題了，具體沒搞明白，歡迎大佬指導(dǎo)。

建議可變參數(shù)使用引用頭文件stdarg.h得方式較好。