详细解释可变参数列表C语言考研复习-函数栈帧（详解）


#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
#include <windows.h>
int FindMax(int x, int y)
{
if (x > y){
return x;
}
return y;
}
int main()
{
int x = 0;
int y = 0;
printf("Please Eneter Two Data# ");
scanf("%d %d", &x, &y);
int max = FindMax(x, y);
printf("max = %d\n", max);
system("pause");
return 0;
}

1.2求多个数据中的最大值

demo 2：求任意多个数据中的最大值(至少一个)，要求不能使用数组
//因为目前参数个数不确定，那么函数编写的时候，参数个数也无法确定，换句话说，函数也就没法编写
//不过，C提供了满足该场景的解决方案：可变参数列表

重点1：可变参数列表至少要给一个参数，不然不能往下找其他变量的栈帧


#include <stdio.h>
#include <windows.h>
//num:表示传入参数的个数
int FindMax(int num, ...)
{
va_list arg;     //定义可以访问可变参数部分的变量，其实是一个char*类型
va_start(arg, num); //使arg指向可变参数部分
int max = va_arg(arg, int); //根据类型，获取可变参数列表中的第一个数据
for (int i = 0; i < num - 1; i++){//获取并比较其他的
int curr = va_arg(arg, int);
if (max < curr){
max = curr;
}
}
va_end(arg); //arg使用完毕，收尾工作。本质就是讲arg指向NULL
return max;
}
int main()
{
int max = FindMax(5,11,22,33,44,55);
printf("max = %d\n", max);
system("pause");
return 0;
}

基本原理如图：数据放的时候在vs里面是连续的

/demo 3: 如果将参数改成char类型，求char类型变量中的最大值，代码会有问题吗？

答案：没有影响，因为char会整型提升！

通过查看汇编，我们看到，在可变参数场景下：
1. 实际传入的参数如果是char，short，float，编译器在编译的时候，会自动进行提升（通过查看汇编，我们都能看
到）
2. 函数内部使用的时候，根据类型提取数据，更多的是通过int或者double来进行

#include <stdio.h>
#include <windows.h>
//num:表示传入参数的个数
int FindMax(int num, ...)
{
va_list arg;     //定义可以访问可变参数部分的变量，其实是一个char*类型
va_start(arg, num); //使arg指向可变参数部分
int max = va_arg(arg, int); //根据类型，获取可变参数列表中的第一个数据
for (int i = 0; i < num - 1; i++){//获取并比较其他的
int curr = va_arg(arg, int);
if (max < curr){
max = curr;
}
}
va_end(arg); //arg使用完毕，收尾工作。本质就是讲arg指向NULL
return max;
}
int main()
{
char a = '1'; //ascii值: 49
char b = '2'; //ascii值: 50
char c = '3'; //ascii值: 51
char d = '4'; //ascii值: 52
char e = '5'; //ascii值: 53
int max = FindMax(5, a, b, c, d, e);
printf("max = %d\n", max);
system("pause");
return 0;
}
//结果并未受影响，可是，我们解析的时候，是按照va_arg(arg, int)来解析的，这是为什么?

注意事项

可变参数必须从头到尾逐个访问。如果你在访问了几个可变参数之后想半途终止，这是可以的，但是，如果你
想一开始就访问参数列表中间的参数，那是不行的。
参数列表中至少有一个命名参数。如果连一个命名参数都没有，就无法使用 va_start 。
这些宏是无法直接判断实际存在参数的数量。
这些宏无法判断每个参数的是类型。
如果在 va_arg 中指定了错误的类型，那么其后果是不可预测的。

原理：

1. 可变参数列表对应的函数，最终调用也是函数调用，也要形成栈帧
2. 栈帧形成前，临时变量是要先入栈的，根据之前所学，参数之间位置关系是固定的
3. 通过汇编的学习，发现了短整型在可变参数部分，会默认进行整形提升，那么函数内部在提取该数据的时候，就要考虑提升之后的值，如果不加考虑，获取数据可能会报错或者结果不正确

1.3逐步分析

先看看这几个宏的含义：

//va_list其实就是char*类型，方便后续按照字节进行指针移动
typedef char * va_list;
#define va_start _crt_va_start
#define va_arg _crt_va_arg
#define va_end _crt_va_end

1.va_start

我们先看 #define va_start _crt_va_start

定义：#define _crt_va_start(ap,v) ( ap = (va_list)_ADDRESSOF(v) + _INTSIZEOF(v) )

再看_ADDRESSOF(v)：

//取参数的地址，也很好理解
#define _ADDRESSOF(v) ( &(v) )

还有 _INTSIZEOF(v) ：作用是4字节对齐（向上取整）

#define _INTSIZEOF(n) ( (sizeof(n) + sizeof(int) - 1) & ~(sizeof(int) - 1) )

所以：va_start(arg,num)可以翻译为：

也就是在可变参数的函数中

int FindMax(int num, ...)

找到了num后面栈帧的第一个可变参数

2.va_arg

再看：#define va_arg _crt_va_arg

定义：

#define _crt_va_arg(ap,t) ( *(t *)((ap += _INTSIZEOF(t)) - _INTSIZEOF(t)) )

使用过程是 va_arg（arg，int）

ap += _INTSIZEOF(t)，也就是ap（也是上面提到的arg），指向了下一个元素的位置。

( *(t *)是通用强制转化，提取出指针指向元素类型符合大小的数据

(ap += _INTSIZEOF(t)) - _INTSIZEOF(t)，就是指针又回到了原来指的位置，但是！！arg已经指向下一个元素了。现在指针又回来( *(t *)((ap += _INTSIZEOF(t)) - _INTSIZEOF(t)) )解引用，就是把上一个元素给找到又解引用了；

//这个设计特别巧妙，先让ap指向下个元素，然后使用相对位置-偏移量，访问当前元素。
//访问了当前数据的同时，还让ap指向了后续元素，一举两得。

3.va_end

#define va_end _crt_va_end

定义：

#define _crt_va_end(ap) ( ap = (va_list)0 )

将指针归零，防止野指针

4._INTSIZEOF(t)

回过头来再看这个：#define _INTSIZEOF(n) ( (sizeof(n) + sizeof(int) - 1) & ~(sizeof(int) - 1) )

_INTSIZEOF(n)的意思：计算一个最小数字x，满足 x>=n && x%4==0，其实就是一种4字节对齐的方式
是什么：
比如n是：1,2,3,4 对n进行向 sizeof(int) 的最小整数倍取整的问题就是 4
比如n是：5,6,7,8 对n进行向 sizeof(int) 的最小整数倍取整的问题就是 8

举个例子：

第一步理解：4的倍数

既然是4的最小整数倍取整，那么本质是：x=4*m，m是具体几倍。

对7来讲，m就是2，对齐的结果就是8
而m具体是多少，取决于n是多少
如果n能整除4，那么m就是n/4

如果n不能整除4，那么m就是（n/4）+1
上面是两种情况，如何合并成为一种写法呢？

常见对齐int最小倍数做法是 ( n+sizeof(int)-1) )/sizeof(int) -> (n+4-1)/4

如果n能整除4，那么m就是(n+4-1)/4->(n+3)/4, +3的值无意义，会因取整自动消除，等价于 n/4
如果n不能整除4，那么n=最大能整除4部分+r,1<=r<4 那么m就是 (n+4-1)/4->(能整除4部分+r+3)/4,其中4<=r+3<7 -> 能整除4部分/4 + (r+3)/4 -> n/4+1

第二步理解：最小4字节对齐数

搞清楚了满足条件最小是几倍问题，那么，计算一个最小数字x，满足 x>=n && x%4==0，就变成了

((n+sizeof(int)-1)/sizeof(int))[最小几倍] * sizeof(int)[单位大小] -> ((n+4-1)/4)*4

这样就能求出来4字节对齐的数据了，其实上面的写法，在功能上，已经和源代码中的宏等价了。

第三步理解：理解源代码中的宏

拿出简洁写法：（(n+4-1)/4）* 4，设w=n+4-1, 那么表达式可以变化成为 (w/4)*4,而4就是2^2,w/4,不就相当于右移两位吗？，再次*4不就相当左移两位吗？先右移两位，在左移两位，最终结果就是，最后2个比特位被清空为0！
需要这么费劲吗？
w & ~3 不香吗？

所以，简洁版：(n+4-1) & ~(4-1)
原码版：( (sizeof(n) + sizeof(int) - 1) & ~(sizeof(int) - 1) )，无需先/,在*

现在整个过程再看，就会非常顺畅了！

二.清晰的回顾一遍

//
#include <stdio.h>
#include <windows.h>
//num:表示传入参数的个数
int FindMax(int num, ...)
{
va_list arg;     //定义可以访问可变参数部分的变量，其实是一个char*类型
va_start(arg, num); //使arg指向可变参数部分
int max = va_arg(arg, int); //根据类型，获取可变参数列表中的第一个数据
for (int i = 0; i < num - 1; i++){//获取并比较其他的
int curr = va_arg(arg, int);
if (max < curr){
max = curr;
}
}
va_end(arg); //arg使用完毕，收尾工作。本质就是讲arg指向NULL
return max;
}
int main()
{
  //为了方便查看，我们参数换成直观的参数
int max = FindMax(5, 0x11, 0x22, 0x33, 0x44, 0x55);
printf("max = %d\n", max);
system("pause");
return 0;
}

三.命令行参数：

main函数也是一个函数，其实也可以携带参数的

int main( int argc, char *argv[ ], char *envp[ ] )
{
program-statements
}

那这里是有三个参数的。

第一个参数： argc 是个整型变量，表示命令行参数的个数（含第一个参数）。

第二个参数： argv 是个字符指针的数组，每个元素是一个字符指针，指向一个字符串。这些字符串就是命令行中的每一个参数（字符串）。

第三个参数： envp 是字符指针的数组，数组的每一个原元素是一个指向一个环境变量（字符串）的字符指针。

main函数的argc参数是由操作系统在程序启动时根据命令行参数自动赋值的

#include <stdio.h>
int main(int argc, char* argv[], char* envp[])
{
int i = 0;
for(i=0; i<argc; i++)
{
printf("%s\n", argv[i]);
}
return 0;
}

vs中:

注：现场绘制命令行参数图，注意：argv数组的最后一个元素存放了一个 NULL 的指针。

在linux系统中：

了解：本质其实是获取系统相关环境变量内容，这个了解一下

作用：可以根据不同的命令行参数表达出不同的内容

envp

#include <stdio.h>
int main(int argc, char* argv[], char* envp[])
{
int i = 0;
while(envp[i] != NULL)
{
printf("%s\n", envp[i]);
i++;
}
return 0;
}

注： envp 数组的最后一个元素也存放 NULL 指针

四.递归

//基本认识
//1. 递归本质也是函数调用，是函数调用，本质就要形成和释放栈帧
//2. 根据栈帧的学习，调用函数是有成本的，这个成本就体现在形成和释放栈帧上：时间+空间
//3. 所以，递归就是不断形成栈帧的过程
//理论认识
//1. 内存和CPU的资源是有限的，也就决定了，合理的递归是绝对不能无限递归下去
//2. 递归不是什么时候都能用，而是要满足自身的应用场景，即：目标问题的子问题，也可以采用相同的算法解决，本质
就是分治的思想
//3. 核心思想：大事化小+递归出口

//demo：
//不使用临时变量，求字符串长度

#include <stdio.h>
#include <windows.h>
int MyStrlen(const char *s)
{
if ('\0' == *s){
return 0;
}
return MyStrlen(++s) + 1;
}
int main()
{
const char *str = "abcdefg123456";
int len = MyStrlen(str);
printf("len: %d\n", len);
  system("pause");
return 0;
}

#include <stdio.h>
#include <windows.h>
#include <assert.h>
int MyStrlen(const char *s)
{
assert(s);
return *s ? (MyStrlen(++s) + 1) : 0;
}
int main()
{
const char *str = "abcdefg123456";
int len = MyStrlen(str);
printf("len: %d\n", len);
  system("pause");
return 0;
}

备注：
assert就是一个判断条件是否成立的宏，了解一下即可
#define assert(_Expression) (void)( (!!(_Expression)) || (_wassert(_CRT_WIDE(#_Expression),
_CRT_WIDE(__FILE__), __LINE__), 0) )

斐波那契数列：

//demo1
#include <stdio.h>
#include <windows.h>
 
int Fib(int n)
{
if (1 == n || 2 == n){
return 1;
}
return Fib(n - 1) + Fib(n - 2);
}
int main()
{
int n = 5;
int x = Fib(n);
printf("fib(%d): %d\n", n, x);
 
  system("pause");
  return 0;
}

//通过做实验我们发现，fib递归版在个数超过几十(我们这里是40)的时候，就已经相当慢了
//demo 2
#include <stdio.h>
#include <windows.h> //包含该头文件，才能使用win提供的GetTickCount()函数，来获取开机到现在的累计时间,
此处用它，是因为简单
int Fib(int n)
{
if (1 == n || 2 == n){
return 1;
}
return Fib(n - 1) + Fib(n - 2);
}
int main()
{
int n = 42;
double start = GetTickCount();
int x = Fib(n);
double end = GetTickCount();
printf("fib(%d): %d\n", n, x);
printf("%lf ms\n", (end - start)/1000); //单位是毫秒(ms),转化成为s
  system("pause");
  return 0；
}

//运行结果
fib(42): 267914296
4.844000 ms
请按任意键继续. . .

//如果数字再大，就非常非常慢
//为何会这么慢呢？根本原因是因为大量的重复计算

统计一下调用了多少次fib（）

//demo3
#include <stdio.h>
#include <windows.h>  
int count = 0;
int Fib(int n)
{
if (1 == n || 2 == n){
return 1;
}
if (n == 3){
count++; //不影响运算逻辑，就单纯想统计一下n=3的时候，被重复计算了多少次
}
return Fib(n - 1) + Fib(n - 2);
}
int main()
{
int n = 42;
double start = GetTickCount();
int x = Fib(n);
double end = GetTickCount();
printf("fib(%d): %d\n", n, x);
printf("%lf ms\n", (end - start)/1000);
printf("count = %d\n", count);
 
  system("pause");
 
  return 0;
}

重复计算，意味着重复调用，重复调用意味着重复形成栈帧，创建与释放栈帧，是有成本的。

//如何解决？

//这其实是一种动态规划的算法哦，看起来很神秘，其实这些问题也可以使用改方法解决哦

#include <stdio.h>
#include <windows.h>
int Fib(int n)
{
int *dp = (int*)malloc(sizeof(int)*(n+1)); //暂时不做返回值判定了
//[0]不用(当然，也可以用，不过这里我们从1，1开始，为了后续方便)
dp[1] = 1;
dp[2] = 1;
for (int i = 3; i <= n; i++){
dp[i] = dp[i - 1] + dp[i - 2];
}
int ret = dp[n];
free(dp);
return ret;
}
int main()
{
int n = 42;
double start = GetTickCount();
int x = Fib(n);
double end = GetTickCount();
printf("fib(%d): %d\n", n, x);
printf("%lf ms\n", (end - start)/1000);
 
  system("pause");
  return 0;
}

//还能更进一步吗？任何一个数字，只和前两个数据相关
//优化代码；滚动数组

#include <stdio.h>
#include <windows.h>
int Fib(int n)
{
int first = 1;
int second = 1;
int third = 1;
while (n > 2){
third = second + first;
first = second;
second = third;
n--;
}
return third;
}
int main()
{
int n = 42;
double start = GetTickCount();
int x = Fib(n);
double end = GetTickCount();
printf("fib(%d): %d\n", n, x);
printf("%lf ms\n", (end - start)/1000);
system("pause");
  return 0;
}
//这种方法就是一种典型的迭代方法