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C/C++ 可变参数(2)

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发表于 2012-2-19 20:51:30 | 显示全部楼层 |阅读模式
深入浅出可变参数函数的使用技巧本文主要介绍可变参数的函数使用,然后分析它的原理,程序员自己如何对它们实
现和封装,最后是可能会出现的问题和避免措施。
VA函数(variable argument function),参数个数可变函数,又称可变参数函数
。C/C++编程中,系统提供给编程人员的va函数很少。*printf()/*scanf()系列函数
,用于输入输出时格式化字符串;exec*()系列函数,用于在程序中执行外部文件(
main(int argc,char*argv[]算不算呢,与其说main()也是一个可变参数函数,倒不
如说它是exec*()经过封装后的具备特殊功能和意义的函数,至少在原理这一级上有
很多相似之处)。由于参数个数的不确定,使va函数具有很大的灵活性,易用性,对
没有使用过可变参数函数的编程人员很有诱惑力;那么,该如何编写自己的va函数
,va函数的运用时机、编译实现又是如何。作者借本文谈谈自己关于va函数的一些
浅见。
一、从printf()开始
从大家都很熟悉的格式化字符串函数开始介绍可变参数函数。
原型:int printf(const char * format, ...);
参数format表示如何来格式字符串的指令,…
表示可选参数,调用时传递给"..."的参数可有可无,根据实际情况而定。
系统提供了vprintf系列格式化字符串的函数,用于编程人员封装自己的I/O函数。

int vprintf / vscanf(const char * format, va_list ap); // 从标准输入/输出
格式化字符串
int vfprintf / vfsacanf(FILE * stream, const char * format, va_list ap);
// 从文件流
int vsprintf / vsscanf(char * s, const char * format, va_list ap); // 从
字符串
// 例1:格式化到一个文件流,可用于日志文件
FILE *logfile;
int WriteLog(const char * format, ...)
{
va_list arg_ptr;
va_start(arg_ptr, format);
int nWrittenBytes = vfprintf(logfile, format, arg_ptr);
va_end(arg_ptr);
return nWrittenBytes;
}

// 调用时,与使用printf()没有区别。
WriteLog("%04d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d  %s/%04d logged out.",
nYear, nMonth, nDay, nHour, nMinute, szUserName, nUserID);

同理,也可以从文件中执行格式化输入;或者对标准输入输出,字符串执行格式化

在上面的例1中,WriteLog()函数可以接受参数个数可变的输入,本质上,它的实现
需要vprintf()的支持。如何真正实现属于自己的可变参数函数,包括控制每一个传
入的可选参数。
二、 va函数的定义和va宏
C语言支持va函数,作为C语言的扩展--C++同样支持va函数,但在C++中并不推荐使
用,C++引入的多态性同样可以实现参数个数可变的函数。不过,C++的重载功能毕
竟只能是有限多个可以预见的参数个数。比较而言,C中的va函数则可以定义无穷多
个相当于C++的重载函数,这方面C++是无能为力的。va函数的优势表现在使用的方
便性和易用性上,可以使代码更简洁。C编译器为了统一在不同的硬件架构、硬件平
台上的实现,和增加代码的可移植性,提供了一系列宏来屏蔽硬件环境不同带来的
差异。
ANSI C标准下,va的宏定义在stdarg.h中,它们有:va_list,va_start(),va_ar
g(),va_end()。
// 例2:求任意个自然数的平方和:
int SqSum(int n1, ...)
{
va_list arg_ptr;
int nSqSum = 0, n = n1;
va_start(arg_ptr, n1);
while (n > 0)
{
    nSqSum += (n * n);
    n = va_arg(arg_ptr, int);
}
va_end(arg_ptr);
return nSqSum;
}
// 调用时
int nSqSum = SqSum(7, 2, 7, 11, -1);

可变参数函数的原型声明格式为:
type VAFunction(type arg1, type arg2, … );
参数可以分为两部分:个数确定的固定参数和个数可变的可选参数。函数至少需要
一个固定参数,固定参数的声明和普通函数一样;可选参数由于个数不确定,声明
时用"…"表示。固定参数和可选参数公同构成一个函数的参数列表。
借助上面这个简单的例2,来看看各个va_xxx的作用。
va_list arg_ptr:定义一个指向个数可变的参数列表指针;
va_start(arg_ptr, argN):使参数列表指针arg_ptr指向函数参数列表中的第一个
可选参数,说明:argN是位于第一个可选参数之前的固定参数,(或者说,最后一
个固定参数;…之前的一个参数),函数参数列表中参数在内存中的顺序与函数声
明时的顺序是一致的。如果有一va函数的声明是void va_test(char a, char b, c
har c, …),则它的固定参数依次是a,b,c,最后一个固定参数argN为c,因此就是
va_start(arg_ptr, c)。
va_arg(arg_ptr, type):返回参数列表中指针arg_ptr所指的参数,返回类型为ty
pe,并使指针arg_ptr指向参数列表中下一个参数。
va_copy(dest, src):dest,src的类型都是va_list,va_copy()用于复制参数列表
指针,将dest初始化为src。
va_end(arg_ptr):清空参数列表,并置参数指针arg_ptr无效。说明:指针arg_pt
r被置无效后,可以通过调用va_start()、va_copy()恢复arg_ptr。每次调用va_st
art() / va_copy()后,必须得有相应的va_end()与之匹配。参数指针可以在参数列
表中随意地来回移动,但必须在va_start() … va_end()之内。

源文档 <http://hi.baidu.com/phps/blog/item/1fe5768d628c6112b21bba87.html>

内核printf源代码分析.
打开Source Insight来阅读EduOS的源代码,我们在stdio.c里找到了printf的实现代码.首先看看对printf的定义:
  1. int printf (const char *cntrl_string, ...)
复制代码

第一个参数cntrl_string是控制字符串,也就是平常我们写入%d,%f的地方.紧接着后面是一个变长参数.
看看函数头部的定义:
  1. int pos = 0, cnt_printed_chars = 0, i;
  2.   unsigned char* chptr;
  3.   va_list ap;
复制代码

马上晕!除了ap我们可以马上判断出来是用来读取变长参数的,i用于循环变量.其他变量都不知道是怎么回事.不要着急,我们边看代码边分析.代码的第一行必然是
  1. va_start (ap, cntrl_string);
复制代码

用来初始化变长参数.
接下来是一个while循环
  1. while (cntrl_string[pos]) {
  2. ...
  3. }
复制代码

结束条件是cntrl_string[pos]为NULL,显然这个循环是用来遍历整个控制字符串的.自然pos就是当前遍历到的位置了.进入循环首先闯入视线的是
  1. if (cntrl_string[pos] == '%') {
  2.       pos++;
  3.       ...
  4. }
复制代码

开门见山,上来就当前字符是否办断是否%.一猜就知道如果成立pos++马上取出下一个字符在d,f,l等等之间进行判断.往下一看,果真不出所料:
  1. switch (cntrl_string[pos]) {
  2.     case 'c':
  3. ...
  4.     case 's':
  5. ...
  6.     case 'i':
  7. ...
  8.     case 'd':
  9. ...
  10.     case 'u':
  11. ...
复制代码

用上switch-case了. 快速浏览一下下面的代码.
首先看看case 'c'的部分
  1. case 'c':
  2. putchar (va_arg (ap, unsigned char));
  3. cnt_printed_chars++;
  4. break;
复制代码

%c表示仅仅输出一个字符.因此先通过va_arg进行参数的类型转换,之后用putchar[1]输出到屏幕上去.之后是
cnt_printed_chars++,通过这句我们就可以判断出cnt_printed_chars使用来表示,已经被printf输出的字符个数的.
再来看看 case 's':
  1.       case 's':
  2. chptr = va_arg (ap, unsigned char*);
  3. i = 0;
  4. while (chptr [i]) {
  5.    cnt_printed_chars++;
  6.    putchar (chptr [i++]);
  7. }
  8. break;
复制代码
和case 'c',同出一辙.cnt_printed_chars++放在了循环内,也证明了刚才提到的他的作用.另外我们也看到了cnptr是用来在处理字符串时的位置指针.到此为止,我们清楚的所有变量的用途,前途变得更加光明了.

接下来:
  1. // PartI
  2.       case 'i':
  3.       case 'd':
  4. cnt_printed_chars += printInt (va_arg (ap, int));
  5. break;
  6.       case 'u':
  7. cnt_printed_chars += printUnsignedInt (va_arg (ap, unsigned int));
  8. break;
  9.       case 'x':
  10. cnt_printed_chars += printHexa (va_arg (ap, unsigned int), 'x');
  11. break;
  12.       case 'X':
  13. cnt_printed_chars += printHexa (va_arg (ap, unsigned int), 'X');
  14. break;
  15.       case 'o':
  16. cnt_printed_chars += printOctal (va_arg (ap, unsigned int));
  17. break;
  18. // Part II
  19. case 'p':
  20. putchar ('0');
  21. putchar ('x');
  22. cnt_printed_chars += 2; /* of '0x' */
  23. cnt_printed_chars += printHexa (va_arg (ap, unsigned int), 'x');
  24. break;
  25.       case '#':
  26. pos++;
  27. switch (cntrl_string[pos]) {
  28. case 'x':
  29.    putchar ('0');
  30.    putchar ('x');
  31.    cnt_printed_chars += 2; /* of '0x' */
  32.    cnt_printed_chars += printHexa (va_arg (ap, unsigned int), 'x');
  33.    break;
  34. case 'X':
  35.    putchar ('0');
  36.    putchar ('X');
  37.    cnt_printed_chars += 2; /* of '0X' */
  38.    cnt_printed_chars += printHexa (va_arg (ap, unsigned int), 'X');
  39.    break;
  40. case 'o':
  41.    putchar ('0');
  42.    cnt_printed_chars++;
  43.    cnt_printed_chars += printOctal (va_arg (ap, unsigned int));
  44.    break;
复制代码

注意观察一下,PartII的代码其实就是比PartI的代码多一个样式.在16进制数或八进制前加入0x或是o,等等.因此这里就只分析一下PartI咯.
其实仔细看看PartI的个条case,也就是把参数分发到了更具体的函数用于显示,然后以返回值的形式返回输出个数.对于这些函数就不具体分析了.我们先来看看一些善后处理:
先看case的default处理.
  1. default:
  2. putchar ((unsigned char) cntrl_string[pos]);
  3. cnt_printed_chars++;
复制代码
就是直接输出cntrl_string里%号后面的未知字符.应该是一种容错设计处理.

再看看if (cntrl_string[pos] == '%')的else部分
      
  1. else {
  2.       putchar ((unsigned char) cntrl_string[pos]);
  3.       cnt_printed_chars++;
  4.       pos++;
  5. }
复制代码

如果不是%开头的,那么直接输出这个字符.
最后函数返回前
  1. va_end (ap);
  2.   return cnt_printed_chars;
复制代码
va_end处理变长参数的善后工作.并返回输出的字符个数.

在最后我们有必要谈谈putChar函数以及基本输出的基础函数printChar,先来看看putChar
  1. int putchar (int c) {
  2.   switch ((unsigned char) c) {
  3.   case '\n' :
  4.     newLine ();
  5.     break;
  6.   case '\r' :
  7.     carriageReturn ();
  8.     break;
  9.   case '\f' :
  10.     clearScreen ();
  11.     break;
  12.   case '\t' :
  13.     printChar (32); printChar (32); /* 32 = space */
  14.     printChar (32); printChar (32);
  15.     printChar (32); printChar (32);
  16.     printChar (32); printChar (32);
  17.     break;
  18.   case '\b':
  19.     backspace ();
  20.     break;
  21.   case '\a':
  22.     beep ();
  23.     break;
  24.   default :
  25.     printChar ((unsigned char) c);
  26.   }
  27.   return c;
  28. }
复制代码

通览一下,也是switch-case为主体的.主要是用来应对一些特殊字符,如\n,\r,....这里需要提一下,关于\t的理解.有些人认为\t就是8个space,有些人则认为,屏幕分为10大列(每个大列8个小列总共80列).一个\t就跳到下一个大列输出.也就是说不管你现在实在屏幕的第1,2,3,4,5,6,7位置输出字符,只要一个\t都在第8个位置开始输出. VS.NET中就是用的这种理解.因此如果按照这个理解的话,\t的实现可以这样
  1. int currentX = ((currentX % 10) + 1) * 8;
复制代码

然后在currentX位置输出.
接下来看printChar也就是输出部分最低层的操作咯
  1. void printChar (const byte ch) {
  2.   *(word *)(VIDEO + y * 160 + x * 2) = ch | (fill_color << 8);
  3.   x++;
  4.   if (x >= WIDTH)
  5.     newLine ();
  6.   setVideoCursor (y, x);
  7. }
复制代码
这里VIDEO表示显存地址也就是0xB8000.通过 y * 160 + x 屏幕(x,y)坐标在显存中的位置.这里需要知道,一个字符显示需要两个字节,一个是ASCII码,第二个是字符属性代码也就是颜色代码.因此才必须 y * 80 * 2 + x = y * 160 + x.那么ch | (fill_color << 8)也自然就是写入字符及属性代码用的了.每写一个字符光标位置加1,如果大于屏幕宽度WIDTH就换行.最后通过setVideoCursor设置新的光标位置.完成了整个printChar过程.

到此,把printf从上到下说了一遍.不知道各位大家感觉如何,如果说得不清楚还大家多提意见.有说得不对的地方请大家多多指教.
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