在编程的世界里，灵活性和效率往往是我们追求的目标。当涉及到函数设计时，能够处理不同数量参数的能力极大地增加了代码的复用性和适应性。C/C++ 语言通过提供可变参数函数（variadic functions）这一特性，允许开发者创建能够接收不定数量参数的函数，从而满足了这一需求。

在计算机程序设计，一个可变参数函数是指一个函数拥有不定引数，即是它接受一个可变数目的参数。简单来说，就是函数的参数个数可变，参数类型不定的函数。

不同的编程语言对可变参数函数的支持有很大差异。

——引用：《可变参数函数_百度百科》

那么，为什么需要可变参数函数？

在实际开发中，我们经常会遇到一些场景，其中函数调用所需的参数数量不是固定的。例如，格式化输出函数如 printf 可以根据提供的格式字符串来决定需要多少个额外参数。为了应对这种不确定性，C/C++ 提供了专门的机制来定义和使用可变参数函数，使得编写更加通用和灵活的代码成为可能。

本文将详细讲解每个宏的作用，演示一个简单的可变参数函数的实现，并讨论在使用过程中应当注意的问题。此外，还将比较 C 和 C++ 在这方面的差异，以及探索更现代的方法，比如模板和重载，在某些情况下可以作为传统可变参数函数的替代方案。

C/C++ 中的可变参数函数基础

C/C++ 语言中的可变参数函数主要依赖于几个宏和类型定义，它们共同构成了处理可变参数的核心。这些工具包括 va_list、va_start、va_arg 以及 va_end，全部定义在 <cstdarg>（对于 C++）或 <stdarg.h>（对于 C）头文件中。通过合理地运用这些宏，我们可以安全有效地遍历传递给函数的所有参数，无论其数量如何。

• va_list：用于声明一个指向可变参数列表的类型。
• va_start：初始化 va_list 变量，使其指向第一个可变参数。
• va_arg：从可变参数列表中提取下一个参数，并指定其类型。
• va_end：清理 va_list 变量，结束对可变参数列表的操作。

示例一

下面是一个简单的例子，展示了如何使用这些宏来实现一个求平均值的函数：

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#include <stdio.h>
#include <stdarg.h>    // 引入可变参数函数相关头文件

double average(int n_values, ...)
{
    
    
    va_list var_arg;	// 声明一个指向可变参数列表的变量
    int count;
    double sum = 0;

    va_start(var_arg, n_values);    // 初始化可变参数列表，并指向第一个可变参数

    for (count = 0; count < n_values; count++)
        sum += va_arg(var_arg, int);    // 从可变参数列表中提取下一个参数，并指定为int类型

    va_end(var_arg);    // 清理可变参数列表，并结束对可变参数列表的操作

    return n_values > 0 ? sum / n_values : 0;
}

int main()
{
    
    
    printf("Average: %f\n", average(4, 1, 2, 3, 4));
    return 0;
}

执行结果如下：

grayson@Zheng:~$ vim average.c
grayson@Zheng:~$ gcc average.c -o average
grayson@Zheng:~$ ./average 
Average: 2.500000
grayson@Zheng:~$

[!NOTE]

虽然可变参数函数提供了很大的灵活性，但也有一些问题需要注意。首先，由于编译器不会检查传递给可变参数函数的实际参数类型，因此容易导致运行时错误。其次，可变参数函数的类型检查比较困难，这也可能导致未定义行为。因此，在设计和调用可变参数函数时，务必小心谨慎，确保参数的类型和数量匹配。

示例二

该例子定义了一个名为 print_all 的函数，它可以接受不同类型的参数，并根据提供的信息打印出这些参数的值。为了简化问题，我们假设所有传递给 print_all 的参数都是整数、浮点数或字符之一，并且每个参数前面都有一个字符来表示其类型（‘i’ 代表整数，‘f’ 代表浮点数，‘c’ 代表字符）。

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

void print_all(const char *fmt, ...)
{
    
    
    va_list args;
    va_start(args, fmt);

    for (const char *p = fmt; *p != '\0'; ++p) {
    
    
        switch (*p) {
    
    
            case 'i': // Integer
                printf("Integer: %d\n", va_arg(args, int));
                break;
            case 'f': // Float
                printf("Float: %f\n", va_arg(args, double)); // float 参数会被提升为 double
                break;
            case 'c': // Character
                printf("Character: %c\n", (char)va_arg(args, int)); // char 参数也会被提升为 int
                break;
            default:
                printf("Unknown type: %c\n", *p);
                break;
        }
    }

    va_end(args);
}

int main()
{
    
    
    print_all("ifiic", 10, 3.14, 20, 'A', 'B');
    return 0;
}

在该例子中需要注意的是：

1. print_all 函数的第一个参数是一个字符串 fmt，它描述了随后传入的每一个参数的类型。
2. 使用 va_list 类型的变量 args 来存储和遍历可变参数列表。
3. va_start 宏初始化 args，使其指向第一个可变参数。
4. 在循环体内，通过检查 fmt 字符串中的字符来确定下一个参数的类型，并使用 va_arg 宏提取相应的参数。注意，对于 float 类型的参数，它们实际上是以 double 的形式存储在栈上，因此这里使用 va_arg(args, double) 来获取正确的值。同样地，char 类型的参数也会被提升为 int，所以我们用 (char)va_arg(args, int) 来正确地读取字符。
5. 最后，va_end 宏用于清理 args，结束对可变参数列表的操作。

执行结果如下：

Integer: 10
Float: 3.140000
Integer: 20
Character: A
Character: B

C 与 C++ 的差异

在 C 语言中，可变参数函数是通过宏来实现的，而在 C++ 中除了可以继续使用这些宏之外，还引入了更现代的技术，如 initializer_list 和可变模板参数。特别是 C++11 引入的可变模板参数，它允许函数模板接受任意数量和类型的参数，进一步增强了代码的灵活性和安全性。

• initializer_list：可以用来处理同类型的多个参数。
• 可变模板参数：可以处理不同类型的多个参数，提供了更高的泛化能力。

例如，使用可变模板参数可以实现一个递归展开的打印函数：

#include <iostream>

template<typename T>
void print(T value)
{
    
    
    std::cout << value << std::endl;
}

template<typename T, typename... Args>
void print(T value, Args... args)
{
    
    
    std::cout << value << " ";
    print(args...);
}

int main()
{
    
    
    print(1, "two", 3.0); // 输出: 1 two 3
    return 0;
}

执行结果如下：

grayson@Zheng:~$ vim temp.cpp
grayson@Zheng:~$ g++ temp.cpp -o temp
grayson@Zheng:~$ ./temp 
1 two 3
grayson@Zheng:~$