Как реализованы переменные аргументы в gcc?

Если вы посмотрите на то, как язык C хранит параметры в стеке, вам станет ясно, как работают макросы:

Higher memory address    Last parameter
                         Penultimate parameter
                         ....
                         Second parameter
Lower memory address     First parameter
       StackPointer  ->  Return address

(обратите внимание, в зависимости от аппаратного обеспечения указатель стека может быть на одну строку ниже, а выше и ниже могут быть заменены местами)

Аргументы всегда хранятся так¹, даже без параметра типа ....

Макрос va_start просто устанавливает указатель на первый параметр функции, например:

 void func (int a, ...)
 { 
   // va_start
   char *p = (char *) &a + sizeof a;
 }

что заставляет p указывать на второй параметр. Макрос va_arg делает это:

 void func (int a, ...)
 { 
   // va_start
   char *p = (char *) &a + sizeof a;

   // va_arg
   int i1 = *((int *)p);
   p += sizeof (int);

   // va_arg
   int i2 = *((int *)p);
   p += sizeof (int);

   // va_arg
   long i2 = *((long *)p);
   p += sizeof (long);
 }

Макрос va_end просто устанавливает значение p в NULL.

ПРИМЕЧАНИЯ:

1. Оптимизирующие компиляторы и некоторые процессоры RISC хранят параметры в регистрах, а не используют стек. Наличие параметра ... отключило бы эту возможность и компилятору пришлось бы использовать стек.

Поскольку аргументы передаются в стек, va_ «функции» (в большинстве случаев они реализуются в виде макросов) просто манипулируют частным указателем стека. Этот частный указатель стека сохраняется из аргумента, переданного в va_start, а затем va_arg "извлекает" аргументы из "стека" по мере перебора параметров.

Допустим, вы вызываете функцию max с тремя параметрами, например:

max(a, b, c);

Внутри функции max стек в основном выглядит так:

      +-----+
      |  c  |
      |  b  |
      |  a  |
      | ret |
SP -> +-----+

SP - это настоящий указатель стека, и на самом деле в стеке находятся не a, b и c, а их значения. ret — это адрес возврата, на который следует перейти после выполнения функции.

Что делает va_start(ap, n), так это берет адрес аргумента (n в вашем прототипе функции) и вычисляет позицию следующего аргумента, поэтому мы получаем новый указатель частного стека:

      +-----+
      |  c  |
ap -> |  b  |
      |  a  |
      | ret |
SP -> +-----+

Когда вы используете va_arg(ap, int), он возвращает то, на что указывает указатель частного стека, а затем «извлекает» его, изменяя указатель частного стека, чтобы теперь он указывал на следующий аргумент. Теперь стек выглядит так:

      +-----+
ap -> |  c  |
      |  b  |
      |  a  |
      | ret |
SP -> +-----+

Это описание конечно упрощено, но принцип показывает.

В общем, как я грущу target.def, когда прототип функции объявлен с помощью ( ,...) компилятор устанавливает дерево синтаксического анализа, помеченное флагом varargs и ссылками на типы именованных аргументов. Для строгого соответствия C каждый именованный аргумент должен получать любую дополнительную информацию, необходимую для настройки va_list, когда этот параметр является именованным полем va_start и в качестве возможного возврата в va_arg(), но большинство компиляторов просто генерируют эту информацию для последнего именованного аргумента. . Когда функция определена, ее генератор пролога отмечает, что был установлен флаг varargs, и добавляет код, необходимый для настройки любых скрытых полей, которые он добавляет к фрейму, который имеет известные смещения, на которые может ссылаться макрос va_start.

Когда он находит ссылку на эту функцию, он создает дополнительные деревья синтаксического анализа и генерации кода для каждого аргумента, представляющего ..., которые могут вводить дополнительные скрытые поля информации о типе времени выполнения, такие как границы массива, которые добавляются к настройкам полей для va_start. и va_arg для именованных аргументов. Это комбинированное дерево определяет, какой код генерируется для копирования значений параметров во фрейм, пролог устанавливает, что необходимо для va_start для создания va_list, начиная с произвольного или последнего именованного параметра, и каждый вызов va_arg() генерирует встроенный код, который ссылается на любые скрытые поля, специфичные для параметра, используемые для проверки во время компиляции ожидаемого возврата, являются назначением, совместимым с использованием компилируемого выражения, и выполняют любые необходимые продвижения/приведения аргументов. Сумма размеров значений именованных полей и размеров скрытых полей определяет, какое значение компилируется после вызова или в эпилоге функции для моделей очистки вызываемого объекта для корректировки кадра по возвращении.

Каждый из этих шагов имеет зависимости от процессора и соглашения о вызовах, инкапсулированные в файлы config/proc/proc.c и proc.h, которые переопределяют упрощенные определения по умолчанию va_start() и va_arg(), предполагающие, что каждый аргумент имеет фиксированный выделенный размер. некоторое расстояние выше первого именованного аргумента в стеке. Для некоторых платформ или языков кадры параметров, реализованные как отдельные malloc(), более желательны, чем стек фиксированного размера. Также обратите внимание, что эти варианты использования не являются потокобезопасными; небезопасно передавать ссылку va_list в другой поток без неуказанных средств обеспечения того, чтобы кадр параметра не стал недействительным из-за возврата функции или прерывания потока.