为什么这种在 C 中用于函数重载的方法有效？

Question

我已经查看了一些在 C 中执行此操作的方法，但我只找到了 C99。

但我遇到了以下解决方案，取自Lock Less。

问题是，我不太了解它是如何工作的，我想知道那里发生的事情的基本原理以便能够更清楚地理解它。

我在网上搜索了一段时间，发现 this 关于 __VA_ARGS__，但不幸的是，仅此还不够。

我非常感谢您对此问题的解释或一些指导，任何类型的参考都会有所帮助。

我已经使用带有 -ansi 标志的 GCC-5.4.1 编译了这段代码。

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

#define COUNT_PARMS2(_1, _2, _3, _4, _5, _6, _7, _8, _9, _10, _, ...) _
#define COUNT_PARMS(...)\
    COUNT_PARMS2(__VA_ARGS__, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1)

void count_overload1(int p1)
{
    printf("One param: %d\n", p1);
}

void count_overload2(double *p1, const char *p2)
{
    printf("Two params: %p (%f) %s\n", p1, *p1, p2);
}

void count_overload3(int p1, int p2, int p3)
{
    printf("Three params: %c %d %d\n", p1, p2, p3);
}

void count_overload_aux(int count, ...)
{
    va_list v;
    va_start(v, count);

    switch(count)
    {
        case 1:
        {
            int p1 = va_arg(v, int);
            count_overload1(p1);
            break;
        }

        case 2:
        {
            double *p1 = va_arg(v, double *);
            const char *p2 = va_arg(v, const char *);
            count_overload2(p1, p2);
            break;
        }

        case 3:
        {
            int p1 = va_arg(v, int);
            int p2 = va_arg(v, int);
            int p3 = va_arg(v, int);
            count_overload3(p1, p2, p3);
            break;
        }

        default:
        {
            va_end(v);

            printf("Invalid arguments to function 'count_overload()'");
            exit(1);
        }
    }

    va_end(v);
}
#define count_overload(...)\
    count_overload_aux(COUNT_PARMS(__VA_ARGS__), __VA_ARGS__)


int main(int argc, char const *argv[])
{
    double d = 3.14;
    count_overload(1);
    count_overload(&d, "test");
    count_overload('a',2,3);
    return 0;
}

输出是：

One param: 1
Two params: 0x7ffc0fbcdd30 (3.140000) test
Three params: a 2 3

Answer 1

让我们分解COUNT_PARMS 和COUNT_PARMS2 宏。先COUNT_PARMS：

#define COUNT_PARMS(...)\
    COUNT_PARMS2(__VA_ARGS__, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1)

由于宏不包含命名参数，因此传递给它的任何参数都将代替__VA_ARGS__。

所以下面的调用：

COUNT_PARMS(arg1)
COUNT_PARMS(arg1, arg2)
COUNT_PARMS(arg1, arg2, ,arg3)

将扩展为：

COUNT_PARMS2(arg1,   10,    9,  8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1)
COUNT_PARMS2(arg1, arg2,   10,  9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1)
COUNT_PARMS2(arg1, arg2, arg3, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1)
                                                  // x

我将参数隔开，以便您可以看到哪些参数相互对应。请特别注意标记为x 的列。这是传递给COUNT_PARMS 的参数数量，在每种情况下都是第 11 个参数。

现在让我们看看COUNT_PARMS2：

#define COUNT_PARMS2(_1, _2, _3, _4, _5, _6, _7, _8, _9, _10, _, ...) _

有 11 个名称参数，加上 ... 以解释任何其他参数。宏的整个主体是_，这是第11 个参数的名称。所以这个宏的目的是接受 11 个或更多的参数，并用第 11 个参数替换它们。

再次查看COUNT_PARAMS 的定义，它扩展为调用COUNT_PARMS2，第11 个参数是传递给COUNT_PARAMS 的参数数量。魔法就是这样发生的。

现在查看main中的函数调用：

count_overload(1);
count_overload(&d, "test");
count_overload('a',2,3);

这些扩展为：

count_overload_aux(COUNT_PARMS(1), 1);
count_overload_aux(COUNT_PARMS(&d, "test"), &d, "test");
count_overload_aux(COUNT_PARMS('a',2,3), 'a',2,3);

然后这个：

count_overload_aux(COUNT_PARMS2(1, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1), 1);
count_overload_aux(COUNT_PARMS2(&d, "test", 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1), &d, "test");
count_overload_aux(COUNT_PARMS2('a',2,3, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1), 'a',2,3);

然后这个：

count_overload_aux(1, 1);
count_overload_aux(2, &d, "test");
count_overload_aux(3, 'a',2,3);

最终结果是，您可以调用一个接受可变数量参数的函数，而无需明确说明有多少。

Answer 2

dbush's great answer 解释了宏在做什么。我想 对此进行扩展并讨论此处使用的省略号...。你说 阅读可变参数宏和__VA_ARGS__ 并没有帮助，所以我 假设您也不太了解 C 省略号。

在 C 中，声明一个接受可变数量参数的函数的方法是 使用省略号 ...。这种函数的一个典型例子是printf，它 可以接受至少一个参数，但它可以接受更多。

printf的原型是：

int printf(const char *format, ...);

... 用于声明省略号。注意... 只能 出现在命名参数的末尾，它不应该是一个寄存器 变量、函数或数组类型，因此：

void foo(...)
{
}

无效，编译器会显示如下错误：

c.c:6:10: error: ISO C requires a named argument before ‘...’
 void foo(...)
          ^~~

那么，如何使用它？你使用在stdarg.h中定义的va_list

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

int sum(int num_of_values, ...)
{
    va_list ap;

    // use the last named argument
    va_start(ap, num_of_values);

    int s = 0;
    for(int i = 0; i < num_of_values; ++i)
    {
        int v = va_arg(ap, int);
        s += v;
    }

    va_end(ap);

    return s;
}

int main(void)
{
    printf("The sum is: %d\n", sum(5, 1, 2, 3, 4, 5));
}

这将输出The sum is: 15。

所以当你的函数有省略号时，你必须先声明一个变量类型 va_list 并调用 va_start 将该变量作为第一个参数，然后 最后命名的参数作为第二个参数。

然后您可以使用va_arg(ap, <type>) 获取值，其中<type> 是 值的类型，在上面的示例中，它将是int。像这样的功能 printf 解析格式并使用转换说明符得到正确的 类型。当printf 建立一个%d 时，它会做va_arg(ap, int)，如果%f 是 发现它会做va_arg(ap, float)，如果找到%s，它会做 va_arg(ap, char*) 等等。这就是为什么printf 在格式化时具有未定义的行为 并且参数不匹配，因为在 va_arg 调用与va_arg 的后续调用混淆。最后必须调用va_end。

对于我在大学期间必须编写的微内核，我有 实现这些va_*-宏。我使用了编译器的行为 将所有参数放在堆栈帧中，所以我的va_start 计算了地址 最后一个命名参数之后的下一个值的堆栈。 va_arg 在堆栈中移动 基于va_start 的计算加上由类型确定的偏移量 while 还使用最后使用的参数更新 ap 变量。它是 让它工作起来很棘手，但最后它在那个系统上工作了，但是同样的实现 在x86_64 上只会产生垃圾。

例如，这是如何实现的 在 GCC 编译器中，我不知道，但我怀疑 GCC 做了什么 相似的。我检查了源代码gcc/builtins.c:4855，但像往常一样， 我发现 GCC 代码非常复杂。