В языках Си и Си++ допустимы функции, количество параметров у которых при компиляции определения функции не определено. Кроме того, могут быть неизвестными и типы параметров. Количество и типы параметров становятся известными только в момент вызова функции, когда явно задан список фактических параметров. При определении и описании таких функций, имеющих списки параметров неопределенной длины, спецификация формальных параметров заканчивается многоточием. Формат прототипа функции с переменным списком параметров:
тип имя (спецификация_явных_параметров, ...);
Здесь тип - тип возвращаемого функцией значения; имя - имя функции; спецификация_явных_параметров - список спецификаций отдельных параметров, количество и типы которых фиксированы и известны в момент компиляции. Эти параметры можно назвать обязательными. После списка явных (обязательных) параметров ставится необязательная запятая, а затем многоточие, извещающее компилятор, что дальнейший контроль соответствия количества и типов параметров при обработке вызова функции проводить не нужно. Сложность в том, что у переменного списка параметров нет даже имени, поэтому непонятно, как найти его начало и где этот список заканчивается.
К сожалению, в программировании волшебство мало распространено, и поэтому каждая функция с переменным списком параметров должна иметь механизм определения их количества и их типов. Принципиально различных подходов к созданию этого механизма всего два. Первый подход предполагает добавление в конец списка реально использованных необязательных фактических параметров специального параметра-индикатора с уникальным значением, которое будет сигнализировать об окончании списка. В теле функции параметры последовательно перебираются, и их значения сравниваются с заранее известным концевым признаком. Второй подход предусматривает передачу в функцию значения реального количества фактических параметров. Значение реального количества используемых фактических параметров можно передавать в функцию с помощью одного из явно задаваемых (обязательных) параметров. В обоих подходах - и при задании концевого признака, и при указании числа реально используемых фактических параметров - переход от одного фактического параметра к другому выполняется с помощью указателей, т.е. с использованием адресной арифметики.
Вернемся к особенностям конструирования функций со списками параметров переменной длины и переменных типов. Предложенный выше способ передвижения по списку параметров имеет один существенный недостаток - он ориентирован на конкретный тип машин и привязан к реализации компилятора. Поэтому функции могут оказаться непереносимыми.
Для обеспечения мобильности программ с функциями, имеющими изменяемые списки параметров, в каждый компилятор языка Си (и языка Си++) стандарт предлагает включать специальный набор макроопределений, которые становятся доступными при включении в текст программы заголовочного файла stdarg.h. Макрокоманды, обеспечивающие простой и стандартный (не зависящий от реализации) способ доступа к конкретным спискам фактических параметров переменной длины, имеют следующий формат:
void va_start(va_list param, последний явный_параметр);
type va_arg(va_list param, type);
void va_end(va_list param);
Кроме перечисленных макросов, в файле stdarg.h определен специальный тип данных va_list, соответствующий потребностям обработки переменных списков параметров. Именно такого типа должны быть первые фактические параметры, используемые при обращении к макрокомандам va_start(), va_arg(), va_end(). Объясним порядок использования перечисленных макроопределений в теле функции с переменным количеством параметров. Напомним, что каждая из функций с переменным количеством параметров должна иметь хотя бы один явно специфицированный формальный параметр, за которым после запятой стоит многоточие. В теле функции обязательно определяется объект типа va_list. Например, так:
va_list factor;
Определенный таким образом объект factor обладает свойствами указателя, С помощью макроса va_start() объект factor связывается с первым необязательным параметром, т.е. с началом списка неизвестной длины. Для этого в качестве второго аргумента при обращении к макросу va_start() используется последний из явно специфицированных параметров функции (предшествующий многоточию):
va_start (factor, последний явный параметр);
Рассмотрев выше способы перемещения по списку параметров с помощью адресной арифметики, мы уже знаем, что указатель factor сначала "нацеливается" на адрес последнего явно специфицированного параметра, а затем перемещается на его длину и тем самым устанавливается на начало переменного списка параметров. Именно поэтому функция с переменным списком параметров должна иметь хотя бы один явно специфицированный параметр.
Теперь с помощью разыменования указателя factor мы можем получить значение первого фактического параметра из переменного списка. Однако нам неизвестен тип этого фактического параметра. Как и без использования макросов, тип параметра нужно каким-то образом передать в функцию. Если это сделано, т.е. определен тип tуpe очередного параметра, то обращение к макросу
va_arg (factor, type)
позволяет, во-первых, получить значение очередного (вначале первого) фактического параметра типа type. Вторая задача макрокоманды va_arg() - заменить значение указателя factor на адрес следующего фактического параметра в списке. Теперь, узнав каким-то образом тип, например typel, этого следующего параметра, можно вновь обратиться к макросу:
va_arg. (factor, type1)
Это обращение позволяет получить значение следующего фактического параметра и переадресовать указатель factor на фактический параметр, стоящий за ним в списке, и т.д.
Макрокоманда va_end() предназначена для организации корректного возврата из функции с переменным списком параметров. Ее единственным параметром должен быть указатель типа va_list, который использовался в функции для перебора параметров. Таким образом, для наших рассуждении вызов макрокоманды должен иметь вид
va_end (factor);
Макрокоманда va_end() должна быть вызвана после того, как функция обработает весь список фактических параметров. Макрокоманда va_end() обычно модифицирует свой аргумент (указатель типа va_list), и поэтому его нельзя будет повторно использовать без предварительного вызова макроса va_start().
Для иллюстрации особенностей использования описанных макросов рассмотрим следующую программу, в которой определена и используется функция для конкатенации любого количества символьных строк. Строки, предназначенные для соединения в одну строку, передаются в функцию с помощью списка указателей-параметров. В конце списка неопределенной длины всегда помещается нулевой указатель null.
