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c++ - 在多个函数中使用时 va_list 的意外行为

问题描述

在我的项目中，我正在制作一个 C 类层次结构，与 Ansi C 中的 Axel-Tobias Schreiner 面向对象编程相似但不同，请参见https://www.cs.rit.edu/~ats/books/ooc。 .pdf _ 例如。

我正在初始化我的对象，这与 Axel 有点不同。当我在多个初始化函数之间传递 va_list 对象时，我遇到了麻烦。假设我有一个对象二，它派生自对象一。然后在初始化两个对象时，我需要先初始化一个部分，然后再初始化两个部分。因此，我有 1 个 init 函数调用公共初始化函数，其参数初始化两个对象的一部分，而参数仅初始化扩展一个对象的两个部分。

我正在创建的库非常大，但我从中提取了一个演示相同问题的迷你项目：

CMakeLists.txt：

cmake_minimum_required(VERSION 3.5)

project (var_args
        VERSION     "0.0"
        LANGUAGES   C CXX
        )

set(HEADERS "init.h")
set(SOURCES init.c program.c)

add_executable(program ${SOURCES} ${HEADERS})

if (NOT MSVC)
    target_compile_options(program PRIVATE -W -Wall -Wextra -pedantic)
else()
    target_compile_options(program PRIVATE /W4)
endif()

初始化.h：

typedef struct _one {
    int a;
    const char* msg;
} one_t;

/* this struct "derives" from struct _one */
typedef struct _two {
    one_t   parent;
    double  pi;
    double  e;
}two_t;

enum status_t {
    STATUS_SUCCES,
    STATUS_INVALID_ARGUMENT,
    STATUS_ERROR
};

enum init_one_flags {
    INIT_ONE_A,         // 2nd argument should be of type int
    INIT_ONE_MSG,       // 3rd argument should be const char*
    INIT_ONE_FINISHED,  // takes no arugment, but rather tell init1 should be finished.
    INIT_ONE_SENTINAL   // Keep at the last position.
};

enum init_two_flags {
    INIT_TWO_PI = INIT_ONE_SENTINAL,    // 2nd arugument should be of type double.
    INIT_TWO_E,                         // 2nd argument shoudl be double.
    INIT_TWO_FINISHED,                  // takes no arugment, but rather tell init2 should be finished.
    INIT_TWO_SENTINAL,                  // for init3...
};

#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif

int init_two(two_t* two, ...);

//void init_one(one_t* one, ...);

#ifdef __cplusplus
}
#endif

初始化.c：

#include <stdarg.h>
#include "init.h"

static int priv_init1(one_t* one, va_list list)
{
    // use default values;
    int a = 0;
    const char* msg = "";

    int selector, ret = STATUS_SUCCES;

    while ((selector = va_arg(list, int)) != INIT_ONE_FINISHED) {
        switch (selector) {
        case INIT_ONE_A:
            a = va_arg(list, int);
            break;
        case INIT_ONE_MSG:
            msg = va_arg(list, const char*);
            break;
        default:
            // unknown argument
            return STATUS_INVALID_ARGUMENT;
        }
    }

    one->a = a;
    one->msg = msg;
    return ret;
}

static int priv_init2(two_t* two, va_list list)
{
    double pi = 3.1415, e=2.7128;
    int selector, ret = STATUS_SUCCES;

    ret = priv_init1((one_t*)two, list);
    if (ret)
        return ret;

    while ((selector = va_arg(list, int)) != INIT_TWO_FINISHED) {
        switch (selector) {
        case INIT_TWO_PI:
            pi = va_arg(list, double);
            break;
        case INIT_TWO_E:
            pi = va_arg(list, double);
            break;
        default:
            return STATUS_INVALID_ARGUMENT;
        }
    }

    two->pi = pi;
    two->e = e;

    return STATUS_SUCCES;
}

int init_two(two_t* two, ...)
{
    int ret;
    va_list list;
    va_start(list, two);
    ret = priv_init2(two, list);
    va_end(list);

    return ret;
}

程序.c：

#include <stdio.h>
#include "init.h"

int main() {
    int ret;
    two_t two;

    ret = init_two(
        &two,
        INIT_ONE_A,         1,
        INIT_ONE_MSG,       "Hello, world",
        INIT_ONE_FINISHED,
        INIT_TWO_PI,        2 * 3.1415,
        INIT_TWO_FINISHED
    );

    if (ret) {
        fprintf(stderr, "unable to init two...\n");
        printf("a=%d\tmsg=%s\tpi=%lf\te%lf\n",
            two.parent.a,
            two.parent.msg,
            two.pi,
            two.e
        );
        return 1;
    }
    else {
        printf("a=%d\tmsg=%s\tpi=%lf\te%lf\n",
            two.parent.a,
            two.parent.msg,
            two.pi,
            two.e
        );
        return 0;
    }
}

现在我遇到的问题是，这段代码的行为正是我在使用 gcc 或 clang 在调试和发布版本的 Linux 上所期望的。不幸的是，该代码在带有 Visual Studio 17 的 Windows 上失败。

所以程序的输出应该是这样的：

a=1 msg=你好，世界 pi=6.283000 e2.712800

这正是我在 Linux 上使用 gcc (5.4.0-6) 获得的

在 Windows 上我得到：

a=1 msg=你好，这里是世界 pi=jiberish e2=这里是jiberish。

并且该函数init_two确实返回该函数在 Linux 上是成功的，而在 Windows 上是不成功的。我还可以看到 one_t 部分的两个部分已成功初始化，而 two_t 部分未成功初始化。如果有人指出问题出在哪里，我将不胜感激。va_list 在 Linux 上是按引用传递的，而 va_list 在 Windows 上是按值传递的吗？枚举值是否在 Linux 上提升为 int，而在 Windows 上作为 char 传递？最后，我将问题标记为 C 和 C++，因为我知道我演示的代码是 C，但我希望它也可以与 C++ 编译器一起使用。

标签： c++c

解决方案

不同编译器的实现va_list可能会有很大差异。

例如，gcc 可能将其实现为指针，因此通过值将其传递给另一个函数仍会修改底层结构，以便调用函数中的更改在调用函数中可见，而 MSVC 将其实现为结构，因此更改调用函数在调用者中不可见。

您可以通过将指向初始va_list实例的指针传递给所有需要它的函数来解决此问题。然后内部状态将在所有功能中保持一致。

// use pointer to va_list
static int priv_init1(one_t* one, va_list *list)
{
    // use default values;
    int a = 0;
    const char* msg = "";

    int selector, ret = STATUS_SUCCES;

    while ((selector = va_arg(*list, int)) != INIT_ONE_FINISHED) {
        switch (selector) {
        case INIT_ONE_A:
            a = va_arg(*list, int);
            break;
        case INIT_ONE_MSG:
            msg = va_arg(*list, const char*);
            break;
        default:
            // unknown argument
            return STATUS_INVALID_ARGUMENT;
        }
    }

    one->a = a;
    one->msg = msg;

    return ret;
}

// use pointer to va_list
static int priv_init2(two_t* two, va_list *list)
{
    double pi = 3.1415, e=2.7128;
    int selector, ret = STATUS_SUCCES;

    ret = priv_init1((one_t*)two, list);
    if (ret)
        return ret;

    while ((selector = va_arg(*list, int)) != INIT_TWO_FINISHED) {
        switch (selector) {
        case INIT_TWO_PI:
            pi = va_arg(*list, double);
            break;
        case INIT_TWO_E:
            pi = va_arg(*list, double);
            break;
        default:
            return STATUS_INVALID_ARGUMENT;
        }
    }

    two->pi = pi;
    two->e = e;

    return STATUS_SUCCES;
}

int init_two(two_t* two, ...)
{
    int ret;
    va_list list;
    va_start(list, two);
    ret = priv_init2(two, &list);    // pass pointer
    va_end(list);

    return ret;
}

C 标准的第 7.16p3 节明确提到了这种用法：

声明的类型是

va_list

这是一个完整的对象类型，适合保存宏va_start、va_arg、va_end和 va_copy. 如果需要访问不同的参数，被调用的函数应声明一个类型为 的对象（通常ap在本子条款中指代）va_list。该对象ap可以作为参数传递给另一个函数；如果该函数va_arg使用参数调用宏ap，则调用函数中的值ap是不确定的，应在对 的va_end任何进一步引用之前传递给宏ap。253)

253)允许创建指向 a 的指针va_list并将该指针传递给另一个函数，在这种情况下，原始函数可以在其他函数返回后进一步使用原始列表。

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