C语言printf变长参数如何实现

printf函数

函数原型：int printf(const char *format, ...)
调用格式为：printf("<格式化字符串>", <参量表>);
功能：发送格式化输出到标准输出 stdout

变长参数实现思路

C语言支持变长参数函数(Variable Argument Functions)，即参数的个数可以是不定个，在函数定义的时候用...表示。采用这种形式定义的变长参数函数，至少需要一个普通的形参，且...需要放在最后一个参数，比如printf函数中的*format后面的...是函数原型的一部分。

变长参数的实现得益于C语言默认的cdecl调用惯例，其参数是从右向左压入栈的，第一个参数位于栈顶。这样printf函数实现的时候，就无需关心调用他的函数会传递几个参数过来，而只要关心自己用到几个，将全部参数压入栈，函数处理时从栈中取即可。

自己实现一个变长参数的函数

Ｃ已经有现成可用的一些东西来帮我们实现变长参数，它主要通过stdarg.h头文件定义的一个变量类型（va_list）和三个宏（va_start、va_arg、va_end）来实现。

实现一个可变长参数的sum函数，第一个参数num传递变长参数中有参数的数量，紧接着后面会传递num个整型变量，具体实现如下：

int sum(int num, ...)
{
    int i, val = 0;
    va_list ap;	//定义一个具有va_list型的变量，这个变量是指向参数的指针
    va_start(ap, num);	//始化变量刚定义的va_list变量,使其指向第一个可变参数的地址,地址自动增加
    for(i = 0; i < num; i++)
    {
        val += va_arg(ap, int);	//va_arg返回va_list中的参数，并增加指针偏移
    }
    va_end(ap);	//结束可变参数列表
    return val;
}
void main()
{
    printf("16+38+53=%d\n", sum(3, 16, 38, 53));
}

变长参数实现原理

上面的sum函数也可以不使用va_list等宏，通过其他方法实现。
当我们调用：int n = sum(3, 16, 38, 53);
参数在栈上会形成如下布局：

在函数内部，函数可以使用变量num来访问数字3，但无法使用任何名称访问其他的几个不定参数。但此时由于栈上其他的几个参数实际恰好依序排列在参数num的高地址方向，因此可以很简单地通过num的地址计算出其他参数的地址，sum函数的另一种实现如下：

int sum(int num, ...)
{
    int* p = &num + 1;
    int ret = 0;
    while(num--)
        ret += *p++;
    return ret;
}   

printf的不定参数比sum要复杂得多，因为printf的参数不仅数量不定，而且类型也不定。所以printf需要在格式字符串中注明参数的类型，例如用%d表明是一个整数。printf里的格式字符串如果将类型描述错误，因为不同参数的大小不同，不仅可能导致这个参数的输出错误，还有可能导致其后的一系列参数错误。[摘自《程序员的自我修养——链接、封装、库》P338]

printf("%lf\t%d\t%c\n", 1, 666, 'a'); 在这行函数里，printf的第一个输出参数是一个int(4 字节)，而我们告诉printf它是一个double(8字节)，因此printf的输出会错误，由于printf在读取double的时候实际造成了越界，因此后面几个参数的输出也会失败。该程序的实际输出为：0.000000 97（根据实际编译器和环境可能不同）

va_list等宏如何实现

va_list 实际是一个指针，用来指向各个不定参数。由于类型不明，因此这个 va_list 以 void* 或 char* 为最佳选择。
va_start 将 va_list 定义的指针指向函数的最后一个参数后面的位置，这个位置就是第一个不定参数。
va_arg 获取当前不定参数的值，并根据当前不定参数的大小将指针移向下一个参数。
va_end 将指针清 0。
按照以上思路，va_list等宏的一个最简单的实现就可以得到了，如下所示：

#define va_list char*
#define va_start(ap, arg) (ap=(va_list)&arg+sizeof(arg))
#define va_arg(ap, t) (*(t*)((ap+=sizeof(t))-sizeof(t)))
#define va_end(ap) (ap=(va_list)0)

注意：实际代码中还套了很多宏，不同编译器，不同架构都有可能使用不同的代码实现，但具体实现思想一致，有些x64条件编译时va_list会是一个结构体，里面会记录可变参数开始地址、结束地址、参数数量等信息。