可变参数的原理和多级调用

        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。

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, )会打印后面的可变参数Int值，并且进行累加；string  SumStr(int nCount,
...) 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

 
      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);    // 注意va_arg第二个参数
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*);    // 注意va_arg第二个参数
cout <<  p << endl;
str += p;
}

va_end(vl);
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()
{
SumNew(3, 1, 2, 3);
SumStrNew(3, "12", "34", "56");

system("pause");
return 0;
}

 
      测试结果如下:



        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;
}

va_end(vl);
cout << "SumStdString:" << str << endl << endl;
}

int main()
{
string s1("hello ");
string s2("world ");
string s3("!");
SumStdString(3,  s1,  s2,  s3);
return 0;
}

 
      测试结果如下:



        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堆栈内存连续分布的规则, 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。

可变参数多级调用示例:

#include <stdio.h>
#include <stdarg.h>

void func3(const char * format, ...)
{
va_list v3;
va_start(v3, format);
vprintf(format, v3);
va_end(v3);
}

void func2(const char *format, va_list v2)
{
/*char szBuff[1024] = {0};
vsprintf(szBuff, format, v2);
printf(szBuff);*/

vprintf(format, v2);
}

void func1(const char *format, ...)
{
va_list v1;
va_start(v1, format);
func2(format, v1);
va_end(v1);
}

int main()
{
func1("%d %s\n", 1, "hello");
func3("%d %s\n", 2, "world");
return 0;
}

参考资料：

1、C/C++中可变参数的原理