可变长参数列表误区与陷阱——va_arg不可接受的类型

可变长参数列表误区与陷阱——va_arg不可接受的类型

实现一个有可变长参数列表函数的时候，会使用到stdarg.h（这里不讨论varargs.h）中提供的宏。

例如，我们要实现一个简易的my_printf：
1. 它只返回void， 不记录输出的字符数目
2. 它只接受"%d"按整数输出、"%c"按字符输出、"%%"输出'%'本身
如下：

 1 #include <stdarg.h>
 2 
 3 void my_printf(const char* fmt, ... )
 4 {
 5     va_list ap;
 6     va_start(ap,fmt); /* 用最后一个具有参数的类型的参数去初始化ap */
 7     for (;*fmt;++fmt)
 8     {
 9         /* 如果不是控制字符 */
10         if (*fmt!='%')
11         {
12             putchar(*fmt); /* 直接输出 */
13             continue;
14         }
15         /* 如果是控制字符，查看下一字符 */
16         ++fmt;
17         if (''==*fmt) /* 如果是结束符 */
18         {
19             assert(0);  /* 这是一个错误 */
20             break;
21         }
22         switch (*fmt)
23         {
24         case '%': /* 连续2个'%'输出1个'%' */
25             putchar('%');
26             break;
27         case 'd': /* 按照int输出 */
28             {
29                 /* 下一个参数是int，取出 */
30                 int i = va_arg(ap,int);
31                 printf("%d",i);
32             }
33             break;
34         case 'c': /* 按照字符输出 */
35             {
36                 /** 但是，下一个参数是char吗*/
37                 /*  可以这样取出吗？ */
38                 char c = va_arg(ap,char);
39                 printf("%c",c);
40             }
41             break;
43         }
44     }
45     va_end(ap);  /* 释放ap—— 必须！ 见相关链接*/
46 }

这与《C++程序设计语言》中的一道练习题很类似。
——需要支持"%c"控制符

在《C++程序设计语言-题解》中，给出了一个答案（中文p65页）。
但是， 如同上面的代码一样，它们都是错误的！

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简单的说，我们用va_arg(ap,type)取出一个参数的时候，
type绝对不能为以下类型：
——char、signed char、unsigned char
——short、unsigned short
——signed short、short int、signed short int、unsigned short int
——float


一个简单的理由是：
——调用者绝对不会向my_printf传递以上类型的实际参数。


在C语言中，调用一个不带原型声明的函数时：
调用者会对每个参数执行“默认实际参数提升(default argument promotions)”。

同时，对可变长参数列表超出最后一个有类型声明的形式参数之后的每一个实际参数，也将执行上述提升工作。
提升工作如下：
——float类型的实际参数将提升到double
——char、short和相应的signed、unsigned类型的实际参数提升到int
——如果int不能存储原值，则提升到unsigned int

然后，调用者将提升后的参数传递给被调用者。
所以，my_printf是绝对无法接收到上述类型的实际参数的。

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上面的代码的38与39行，应该改为：

int c = va_arg(ap,int);
printf("%c",c);

同理， 如果需要使用short和float， 也应该这样：

short s = (short)va_arg(ap,int);
float f = (float)va_arg(ap,double);

这也是printf族函数没有用于short和float的控制符的原因。

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附录：

在《C语言程序设计》对可变长参数列表的相关章节中，并没有提到这个陷阱。
但是有提到默认实际参数提升的规则：

在没有函数原型的情况下，char与short类型都将被转换为int类型，float类型将被转换为double类型。
                ——《C语言程序设计》第2版  2.7 类型转换 p36



在其他一些书籍中，也有提到这个规则：


事情很清楚，如果一个参数没有声明，编译器就没有信息去对它执行标准的类型检查和转换。
在这种情况下，一个char或short将作为int传递，float将作为double传递。
这些做未必是程序员所期望的。
脚注：这些都是由C语言继承来的标准提升。
对于由省略号表示的参数，其实际参数在传递之前总执行这些提升（如果它们属于需要提升的类型），将提升后的值传递给有关的函数。——译者注
                ——《C++程序设计语言》第3版-特别版 7.6 p138

…… float类型的参数会自动转换为double类型，short或char类型的参数会自动转换为int类型 ……
                ——《C陷阱与缺陷》 4.4 形参、实参与返回值 p73


这里有一个陷阱需要避免：
va_arg宏的第2个参数不能被指定为char、short或者float类型。
因为char和short类型的参数会被转换为int类型，而float类型的参数会被转换为double类型 ……
例如，这样写肯定是不对的：
c = va_arg(ap,char);
因为我们无法传递一个char类型参数，如果传递了，它将会被自动转化为int类型。上面的式子应该写成：
c = va_arg(ap,int);
                ——《C陷阱与缺陷》p164

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2009/05/07 修改：
printf函数族有用于short的控制符“h”。
见：http://www.cplusplus.com/reference/clibrary/cstdio/printf/

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相关链接：

——《可变长参数列表误区与陷阱——va_end是必须的吗？》
http://www.cppblog.com/ownwaterloo/archive/2009/04/21/is_va_end_necessary.html

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文章作者 - OwnWaterloo
发表时间 - 2009年04月21日
原文链接 - http://www.cppblog.com/ownwaterloo/archive/2009/04/21/unacceptable_type_in_va_arg.html