C 和 C++ 可变参数介绍

前言

C 和 C++ 可变参数介绍。

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概念

可变（长）/不定（长）参数：函数可以接收任意数量的参数（函数在声名和定义时不明确参数的数量）

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C 的可变参数

参数列表 #va_list 4组宏

头文件

• <stdarg.h>

宏

• #va_list：类型宏；参数列表
• #va_start()：函数宏；va_list 指向参数列表的第一个参数
• #va_arg()：函数宏；依据类型，va_list 指向参数列表的下一个参数
• #va_end()：函数宏；清理 va_list

底层原理

• #va_list：字符指针
• #va_start()：指针指向第一个元素
• #va_arg()：指针指向下一个元素
• #va_end()：指针置空

缺点

• 代码逻辑需要明确参数的数量和每个参数的类型
• …

代码示例

#include <stdarg.h> // #va_list、#va_start()、#va_arg()、#va_end()
#include <stdio.h>

// 形参的一般形式：
// num：参数数量
// ...：参数列表
void print(int num, ...)
{
    // 1. 定义 va_list
    va_list para_list; // 类型宏；参数列表

    // 2. 初始化 va_list
    va_start(para_list, num); // 函数宏；va_list 指向参数列表的第一个参数

    // 3. 遍历 va_list
    for (int i = 0; i < num; ++i)
    {
        printf("%d ", va_arg(para_list, int)); // 函数宏；依据类型，va_list 指向参数列表的下一个参数
    }
    printf("\n");

    // 4. 清理 va_list
    va_end(para_list); // 函数宏；清理 va_list

    return;
}

int main()
{
    print(2, 0, 1);
    // 实参的一般形式：
    // 2：参数数量
    // 0 1：参数列表

    print(3, 0, 1, 2);

    return 0;
}
// 输出：
// 0 1
// 0 1 2

C++ 的可变参数

参数列表 #va_list 4组宏

见 “C 的可变参数” 内容。

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初始化列表 initializer_list<> 类模板

头文件

原理

• 类比容器 vector<>
• 比容器轻量
• 封装参数（指向参数的指针、参数的数量和参数的类型等）的包装器/对象

缺点

• 代码逻辑需要明确参数的类型
• 一个 initializer_list<> 对象只支持一种类型（可以使用多个 initializer_list<> 对象按序支持多种类型）

按序：如一个 initializer_list<int> 对象表示一部分参数都是 int 类型，另一个 initializer_list<string> 对象表示另一部分参数都是 string 类型；不能是一个 initializer_list<int> 对象表示一部分参数既有 int 类型又有 string 类型

• …

代码示例

// #include <initializer_list> // initializer_list<>
#include <iostream>

using std::cout;
using std::endl;
using std::initializer_list;

void print(initializer_list<int> li) // 使用 initializer_list<> 对象接收可变参数
{
    for (const int l : li)
    {
        cout << l << " ";
    }
    cout << endl;

    return;
}

int main()
{
    print({0, 1}); // 使用列表初始化创建匿名 initializer_list<> 对象并作为参数
    print({0, 1, 2});

    return 0;
}
// 输出：
// 0 1
// 0 1 2

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可变参数模板

相关语法

• typename…：定义模板参数包
• Args：模板参数（抽象概念） 包的名称，可自定义名称，表示任意类型和数量的模板参数
• Args…：模板参数包
• args：具体参数（具体概念） 包的名称，可自定义名称，表示任意类型和数量的具体参数
• args…：展开具体参数包
• sizeof…(具体参数包)：获取具体参数包参数的数量
• …：折叠表达式

折叠表达式的概念和语法较复杂 （作者觉得很怪异），在此不深入讲解。
可参见：（C++模板编程）：折叠表达式、可变参表达式_c++模板折叠-CSDN博客

解包方式

• 递归展开1
• 递归展开2（C++ 17支持）
• 逗号表达式展开1
• 逗号表达式展开2（优化）
• 逗号表达式3（优化）
• 折叠表达式展开（C++ 17支持）

缺点

• 概念较复杂
• 语法较复杂
• …

获取具体参数包参数的数量

#include <iostream>

using std::cout;
using std::endl;

template <typename... Args>
void print(Args... args)
{
    cout << sizeof...(args) << endl;

    return;
}

int main()
{
    print(0, 'c'); // 2个不同类型的参数
    print(0, 'c', "str"); // 3个不同类型的参数

    return 0;
}
/*
输出：
2
3

逐行解释：
2：具体参数包参数的数量是2
3：具体参数包参数的数量是3
*/

递归展开1

#include <iostream>

using std::cout;
using std::endl;

// 参数数量 == 1的函数模板
// 递归终止时调用
template <typename T>
void print(T value)
{
    cout << value << endl; // 参数值

    return;
}

// 可变参数模板
// 参数数量 > 1的函数模板
// 递归时调用
template <typename T, typename... Args>
void print(T value, Args... args)
{
    cout << value << " "; // 参数值

    print(args...); // 递归调用

    return;
}

int main()
{
    print(0, 'c');        // 2个不同类型的参数
    print(0, 'c', "str"); // 3个不同类型的参数

    return 0;
}
/*
输出：
0 c
0 c str
*/

递归展开2（C++ 17支持）

#include <iostream>

using std::cout;
using std::endl;

// 可变参数模板
// 参数数量 >= 1的函数模板
template <typename T, typename... Args>
void print(T value, Args... args)
{
    cout << value << " "; // 参数值

    // 参数数量为0时无法递归调用：print(args...);，需要递归终止
    // C++ 17标准支持“if constexpr()”语法，可以在编译而不是运行时求值以终止递归，使得编译通过
    if constexpr (sizeof...(args) > 0) // 递归调用
    {
        print(args...);
    }
    else // 递归终止
    {
        cout << endl;
    }

    return;
}

int main()
{
    print(0, 'c');        // 2个不同类型的参数
    print(0, 'c', "str"); // 3个不同类型的参数

    return 0;
}
/*
输出：
0 c
0 c str
*/

逗号表达式展开1

#include <iostream>
// #include <initializer_list>  // initializer_list<>

using std::cout;
using std::endl;
using std::initializer_list;

// 可变参数模板
// 参数数量 >= 1的函数模板
template <typename T, typename... Args>
void print(T value, Args... args)
{
    cout << value << " "; // 第一个参数值

    // 重点理解：
    // [args]{cout << args << " ";}：Lambda 表达式
    // [args]{cout << args << " ";}()：调用 Lambda 表达式

    // value：第一个参数的值
    // (,)：逗号表达式：先计算左表达式，再计算右表达式，结果是右表达式的值
    // ([args]{cout << args << " ";}(), value)：先调用 Lambda 表达式，再计算第一个参数的值，结果是第一个参数的值

    // args...：展开具体参数包
    // ([args]{cout << args << " ";}(), value)...：展开具体参数包，对每一个参数，先调用 Lambda 表达式，再计算第一个参数值，结果是第一个参数值

    // typename T：第一个参数的类型
    // initializer_list<>{}：initializer_list<> 对象
    // initializer_list<T>{}：匿名 initializer_list<> 对象，值类型是第一个参数的类型
    // initializer_list<T>{([args]{cout << args << " ";}(), value)...};：第一个参数作为匿名 initializer_list<> 对象的值，值类型是第一个参数的类型

    // C++11 和 C++14 标准，没有提供一种直接将具体参数包展开到函数调用参数列表中的语法
    // 所以可以使用 initializer_list<> 结合 args... 展开具体参数包
    // 又因为 initializer_list<> 的值需要相同类型
    // 所以可以使用逗号表达式，无论左表达式怎么计算，都返回第一个参数的类型和值 T value
    // 所以函数模板需要定义 typename T，函数需要定义 T value
    initializer_list<T>{([args]
                         { cout << args << " "; }(),
                         value)...};
    cout << endl;

    return;
}

int main()
{
    print(0, 'c');        // 2个不同类型的参数
    print(0, 'c', "str"); // 3个不同类型的参数

    return 0;
}
/*
输出：
0 c
0 c str
*/

逗号表达式展开2（优化）

#include <iostream>
// #include <initializer_list>  // initializer_list<>

using std::cout;
using std::endl;
using std::initializer_list;

// 可变参数模板
// 参数数量 >= 1的函数模板
// 依据“逗号表达式展开1”的分析，模板参数 typename T、初始化列表 initializer_list<> 的类型 T、第一个参数值 value 和逗号表达式的右表达式 value 有意义但无用途，可以优化
template <typename... Args>
void print(Args... args)
{
    initializer_list<int>{([args]
                           { cout << args << " "; }(),
                           0)...};
    cout << endl;

    return;
}

int main()
{
    print(0, 'c');        // 2个不同类型的参数
    print(0, 'c', "str"); // 3个不同类型的参数

    return 0;
}
/*
输出：
0 c
0 c str
*/

逗号表达式展开3（优化）

#include <iostream>
#include <vector>

using std::cout;
using std::endl;
using std::vector;

// 可变参数模板
// 参数数量 >= 1的函数模板
// 依据“逗号表达式展开1”的分析，对于可以使用列表初始化 {} 的对象，数组和向量 vector<> 等，可以结合 args... 展开具体参数包
template <typename... Args>
void print(Args... args)
{
    int arr[]{([args]
               { cout << args << " "; }(),
               0)...};
    cout << endl;

    vector<int>{([args]
                 { cout << args << " "; }(),
                 0)...};
    cout << endl;

    return;
}

int main()
{
    print(0, 'c');        // 2个不同类型的参数
    print(0, 'c', "str"); // 3个不同类型的参数

    return 0;
}
/*
输出：
0 c
0 c
0 c str
0 c str
*/

折叠表达式展开（C++ 17支持）

#include <iostream>

using std::cout;
using std::endl;

// 可变参数模板
// 参数数量 >= 1的函数模板
template <typename... Args>
void print(Args... args)
{
    // 二元左折叠表达式（概念复杂）
    // (,)：逗号表达式：连接折叠表达式和操作
    // 对每一个参数，先输出参数，再输出空格
    (..., (cout << args << ' '));
    cout << endl;
}

int main()
{
    print(0, 'c');        // 2个不同类型的参数
    print(0, 'c', "str"); // 3个不同类型的参数

    return 0;
}
/*
输出：
0 c
0 c str
*/

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总结

C 和 C++ 可变参数介绍。

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参考资料

• C 可变参数 | 菜鸟教程 (runoob.com)
• 02_可变长参数的基础_哔哩哔哩_bilibili
• va_list原理及用法-CSDN博客
• C++ 实现可变参数的三个方法 - Ofnoname - 博客园 (cnblogs.com)
• 第 2 章 语言可用性的强化 现代 C++ 教程: 高速上手 C++ 11/14/17/20 - Modern C++ Tutorial: C++ 11/14/17/20 On the Fly (changkun.de)
• c++11之函数参数包展开 - mohist - 博客园 (cnblogs.com)
• （C++模板编程）：折叠表达式、可变参表达式_c++模板折叠-CSDN博客

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作者的话

• 感谢参考资料的作者/博主
• 作者：夜悊
• 版权所有，转载请注明出处，谢谢~
• 如果文章对你有帮助，请点个赞或加个粉丝吧，你的支持就是作者的动力~
• 文章在描述时有疑惑的地方，请留言，定会一一耐心讨论、解答
• 文章在认识上有错误的地方, 敬请批评指正
• 望读者们都能有所收获

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