「C/C++」可变参数函数的实现方式

博主： Caleb
发布时间：2023 年 03 月 04 日
2564 次浏览
1 条评论
987字数
分类：编程学习笔记

在开发中，我们可能需要定义可以处理不同数量参数的函数。如果我们使用传统的方式定义多个函数，每个函数接受不同数量的参数，那么这将会导致代码冗余，不易维护。因此，使用可变参数函数可以避免这种情况的发生，提高代码的可维护性和重用性。

## 方法一  cstdarg头文件

我们查看`printf`函数的实现，就通过这样的方式实现了可变参数，即使用了`...`：

```C
_CRT_STDIO_INLINE int __CRTDECL printf(
    _In_z_ _Printf_format_string_ char const* const _Format,
    ...)
```

> 提示：在C++中`cstdarg`和`stdarg.h`功能一致，但是`stdarg.h`定义在全局命名空间中（global namespace），而`cstdarg`定义在标准命名空间（std namespace）中，也就是说，需要使用`using namespace std;`或者加上`std::`。

下面是使用`cstdarg`库的一个例子：

```c++
#include <stdarg.h>
#include <iostream>

int get_sum(int num, ...) {
    int result = 0;
    //第一步：初始化
    va_list ap;
    //第二步：va_start 宏允许访问后随具名参数 parm_n 的可变参数。
    //void va_start( std::va_list ap, parm_n );
    va_start(ap, num);
    for (int i = 0; i < num;i++) {
        //第三步：va_arg 宏展开成对应来自 std::va_list ap 的下个参数的 T 类型表达式。
        result += va_arg(ap, int);
    }
    //最后：va_end 宏进行对为 va_start 或 va_copy 所初始化的 ap 对象的清理。 va_end 可以修改 ap 并令它不再可用。
    va_end(ap);
    return result;
}

int main() {
    std::cout << get_sum(3,2,3,4) << std::endl; // result=9
    return 0;
}
```

`cstdarg`中定义了如下几个宏（C++11中还增加了va_copy），他们的功能分别如下：

1. `va_start()`：初始化一个可变参数列表，并使其指向第一个可变参数。
2. `va_arg()`：获取可变参数列表中的下一个参数。
3. `va_end()`：结束一个可变参数列表的访问。

查看这几个宏的具体定义，可见这样的可变参数列表是通过指针来实现的，`sizeof(t)`意味着`t`需要有确定的大小。也就是说，其支持的数据类型仅包括 int、double、float、char、指针。

```C
#define va_start __crt_va_start
#define va_arg   __crt_va_arg
#define va_end   __crt_va_end

#define __crt_va_start_a(ap, x) ((void)(__va_start(&ap, x)))
#define __crt_va_arg(ap, t)                                               \
        ((sizeof(t) > sizeof(__int64) || (sizeof(t) & (sizeof(t) - 1)) != 0) \
            ? **(t**)((ap += sizeof(__int64)) - sizeof(__int64))             \
            :  *(t* )((ap += sizeof(__int64)) - sizeof(__int64)))
#define __crt_va_end(ap)        ((void)(ap = (va_list)0))
```

由此可见，想要使用省略符来实现可变参数，就必须要指定后续参数的个数。因此，通过`cstdarg`库实现可变参数是非常危险的，当传入的参数数量与指定的参数数量不一致时，程序可能会访问到错误的地址，尤其当传入的参数是指针时，程序可能会读取或写入未分配的内存，造成崩溃和错误。

## 方法二  可变参数模板参数包

在C++11标准中引入了一种新的语法特性——可变参数模板参数包（variadic template parameter pack），这使得我们可以定义任意数量参数的模板函数或类。

在之前的C++标准中，函数或类模板只能使用确定数量的模板参数，但是这样做会限制它们的灵活性。比如，如果我们想要定义一个模板函数，它可以接受任意数量的参数并对它们进行求和，我们必须使用重载或者是函数模板嵌套的方式来实现。这会使得代码变得冗长且难以维护。而可变参数模板参数包的引入，可以大大简化这个过程。

使用可变参数模板参数包，我们可以定义一个函数模板，它接受任意数量的参数，并将这些参数打包成一个参数包（parameter pack）。我们可以使用类似于展开操作符（unpacking operator）的语法，将参数包中的每一个参数解包出来，这样就可以方便地对这些参数进行处理。

下面使用**例子1**展示一些参数包展开的常用情景

```cpp
//可变参数模板参数包展开 例子1
#include <iostream>

template<typename... Args>
auto sum(Args... args){
    return (args + ...);
}

template<typename... Args>
void print_A(Args... args){
    (std::cout << ... << args) << std::endl;
}

int main(){
    std::cout<<sum(1,2,3,4)<<std::endl; 
    print_A("Hello world ",2023,"-",1,"-",1);
    return 0;
}
//输出 
//10
//Hello world 2023-1-1
```

除了**参数包展开**之外，我们也可以使用**递归调用**来实现可变参数。对于下面**例子2****递归调用**的情况，当传入多个参数时，`print_B`函数会递归调用`void print_B(const T& arg, const Args&... args)`，直至只剩一个参数时，得益于C++函数重载的特性，会调用`void print_B(const T& arg)`，这样就实现了打印函数。

```cpp
//例子2
#include <iostream>

// 基本情况
template<typename T>
void print_B(const T& arg) {
  std::cout << arg << std::endl;
}

// 递归情况
template<typename T, typename... Args>
void print_B(const T& arg, const Args&... args) {
  std::cout << arg ;
  print_B(args...);
}

int main(){
    // 递归调用
    print_B("Hello world ",2023,"-",1,"-",1);
    return 0;
}
//输出：
//Hello world 2023-1-1
```

## 方法三  初始化列表（initializer_list）

在C++11之后，还引入了initializer_list，它也可以用于实现可变参数函数。与可变参数模板参数包不同，initializer_list是一个包含任意数量元素的列表，但是所有元素的类型必须相同。

```cpp
#include <iostream>

double get_avg(std::initializer_list<int> li){
    int sum=0;
    int count=0;
    for(auto i:li){
        sum+=i;
        count++;
    }
    return (double)sum/count;

}

int main(){
    std::cout<<get_avg({4,5,6,7})<<std::endl;
    return 0;
}
```

最后修改：2023 年 11 月 23 日

如果觉得我的文章对你有用，请随意赞赏

1 条评论

awjvscrpws
November 20th, 2024 at 02:55 pm

博主太厉害了！

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「C/C++」可变参数函数的实现方式

Caleb • 2023 年 03 月 04 日

## 方法一  cstdarg头文件

我们查看`printf`函数的实现，就通过这样的方式实现了可变参数，即使用了`...`：

```C
_CRT_STDIO_INLINE int __CRTDECL printf(
    _In_z_ _Printf_format_string_ char const* const _Format,
    ...)
```

下面是使用`cstdarg`库的一个例子：

```c++
#include <stdarg.h>
#include <iostream>

int main() {
    std::cout << get_sum(3,2,3,4) << std::endl; // result=9
    return 0;
}
```

`cstdarg`中定义了如下几个宏（C++11中还增加了va_copy），他们的功能分别如下：

```C
#define va_start __crt_va_start
#define va_arg   __crt_va_arg
#define va_end   __crt_va_end

## 方法二  可变参数模板参数包

在C++11标准中引入了一种新的语法特性——可变参数模板参数包（variadic template parameter pack），这使得我们可以定义任意数量参数的模板函数或类。

下面使用**例子1**展示一些参数包展开的常用情景

```cpp
//可变参数模板参数包展开 例子1
#include <iostream>

template<typename... Args>
auto sum(Args... args){
    return (args + ...);
}

template<typename... Args>
void print_A(Args... args){
    (std::cout << ... << args) << std::endl;
}

int main(){
    std::cout<<sum(1,2,3,4)<<std::endl; 
    print_A("Hello world ",2023,"-",1,"-",1);
    return 0;
}
//输出 
//10
//Hello world 2023-1-1
```

```cpp
//例子2
#include <iostream>

// 基本情况
template<typename T>
void print_B(const T& arg) {
  std::cout << arg << std::endl;
}

// 递归情况
template<typename T, typename... Args>
void print_B(const T& arg, const Args&... args) {
  std::cout << arg ;
  print_B(args...);
}

int main(){
    // 递归调用
    print_B("Hello world ",2023,"-",1,"-",1);
    return 0;
}
//输出：
//Hello world 2023-1-1
```

## 方法三  初始化列表（initializer_list）

```cpp
#include <iostream>

double get_avg(std::initializer_list<int> li){
    int sum=0;
    int count=0;
    for(auto i:li){
        sum+=i;
        count++;
    }
    return (double)sum/count;

}

int main(){
    std::cout<<get_avg({4,5,6,7})<<std::endl;
    return 0;
}
```

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