C/C++：变长参数技巧汇总

C/C++常见的变长参数技巧包括变长模板、变长函数参数和变长宏参数。

变参数函数

最常见的变参数函数就是printf、scanf之类的，利用stdarg.h对变参数函数支持实现的变参函数。其基本思路是根据格式串来判断后面的参数类别，例如读到%d，那么下一个参数就是int/long int，且按十进制整数的方式处理。
下面是一个丐版printf函数的示例，只处理了单字符、单字符串、双精度浮点数和十进制整数4种情况。实际上使用的printf很复杂，在glibc中的vfprintf函数就有2300行源码，包括了对各类基本数据类型输出的支持，还有对齐、填充、浮点样式等支持。

#include<stdio.h>
#include<stdarg.h>void myprintf(const char* fmt, ...) {int symf = 0;va_list args;va_start(args, fmt);int va_int;double va_flt;const char* va_str;char va_chr;while (*fmt != '\0') {if (symf) {if (*fmt == 'c')va_chr = va_arg(args, char), printf("%c", va_chr);else if (*fmt == 's')va_str = va_arg(args, const char*), printf("%s", va_str);else if (*fmt == 'd')va_int = va_arg(args, int), printf("%d", va_int);else if (*fmt == 'f')va_flt = va_arg(args, double), printf("%lf", va_flt);symf = 0;} else {if (*fmt == '%')symf = 1;elseputchar(*fmt);}fmt++;}putchar('\n');va_end(args);
}

通常的变参函数都有如下格式：

int my_variadic_func(int argc, ...) {// initializeva_list args;va_start(args, argc);int res = 0;/* deal with variadic arguments */va_end(args);// return the answerreturn res;
}

C23标准前的变参函数支持要求，所有变参函数都至少有一个不变参数，从这个参数开始，所有参数视作变参数。
例如：

int printf(const char* fmt, ...);void foo()
{...printf("%d %d %d\n", 2, 3, 5);...
}

printf的定义中，fmt作为不变参数，其后的所有参数视作变参数，包括将被按格式输出的各个表达式参数。
变参函数如何访问和使用变参数？va_list结构是C语言标准中用于支持变参函数访问的结构，它允许用户用va_start宏设置变参数的起始位置，用va_arg逐个访问变参数，用va_end结束对变参数的访问。
在上面的变参函数格式my_variadic_func中，va_list args创建了一个变参列表结构，下一行的va_start(args, argc)指定变参数从argc的下一个参数开始，而va_end(args)表示对变参数的访问结束。
至于中间访问变参数，要使用va_arg宏，它的格式是va_arg(vl, type)，vl表示被访问的变参列表，type表示想取的参数类型。具体而言，是调用一次就取走一个参数，下一次调用就取走下一个。注意，取走的参数数量没有明确限制，如果超出变参范围继续取，就会越界访问参数后面的用户栈，所以必须在实现函数时做好约定，让调用者正确地调用函数，在函数实现中取走正确个数的参数，否则会造成程序混乱。printf等输出函数是通过fmt串约定的变参个数，具体实现上，你也可以通过一个整数参数表示变参个数。
完善上面的my_variadic_func，使其成为一个求和函数：

int my_variadic_func(int argc, ...) {va_list args;va_start(args, argc);int res = 0, x;while (argc--) {x = va_arg(args, int);res += x;}va_end(args);return res;
}

另外，va_copy支持完全复制一个现有的变参列表，在变参函数传参时会很有用。详情参考：C++ Reference: va_copy

变参数宏

变参数宏是指支持可变个数参数的文本替换宏#define，这个预处理语法最早在C++11被支持。它允许使用__VA_ARGS__访问参数列表里...所指的内容，也允许将变参数加前缀命名，例如args...、etc...，也可以起到__VA_ARGS__一样的效果。

#define myprintf(...)                                                  \do {                                                                 \time_t lt = time(0);                                               \tm* localt = localtime(&lt);                                       \printf("[%04d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d] ", localt->tm_year + 1900, \localt->tm_mon + 1, localt->tm_mday, localt->tm_hour,       \localt->tm_min, localt->tm_sec);                            \printf("[%12s:%4d] ", __FILE__, __LINE__);                         \printf(__VA_ARGS__);                                               \putchar('\n');                                                     \} while (0);int main() {myprintf("ALOHA");return 0;
}

上面是一个按日志格式输出格式化文本的示例。因为我不太懂怎么在两个变参数函数之间传变参，所以我一般用宏的方式处理。
还有一个需要注意的点就是，对于带定参数的可变参数宏（例如macprintf(fmt,...)），可能出现因为没传可变参数导致__VA_ARGS__实际为空，间接导致编译错误的问题。在C++20之前的GCC编译器下，解决方法是用##预处理运算符，将预处理定义修改成诸如下面的格式：

#define mpr(fmt,...) printf(fmt, ##__VA_ARGS__);
#define mpr(fmt,args...) printf(fmt, ##args);

从GNU C++20开始，__VA_OPT__(x)用于在__VA_ARGS__非空时表示内容x，若__VA_ARGS__为空，则不具备意义。

#if __cplusplus >= 202002L // C++20
#define mpr(fmt,...) printf(fmt __VA_OPT__(,) __VA_ARGS__);
#else
// mpr(fmt,...) of older versions than C++20
#endif

这个定义和上面两个定义是等价的。
注意：对于C++中的宏，原则仍然是能不用就不用，只有在其对降低工作量的效果远胜于其潜在出错成本时才可以用。如果一定要使用基于文本替换的C++宏，若替换内容为表达式，在外加一层圆括号，如果替换内容为语句或语句组，则用一个do-while语句块将其包裹起来。

可变参数模板

虽然我比较讨厌C++模板编程的一些细节，但作为学生还是有机会学的都学一下子。
我平时做算法题经常使用的一个东西就是debug函数，可以不写老臭的#ifndef ONLINE_JUDGE，提交之前将函数体内注释掉就可以。

void debug(){ cout<<endl; }
template<class T1,class... T2>
void debug(T1 a,T2... oth)
{cout<<a<<' ';debug(oth...);
}

上面的debug接受任意个数参数并将这些参数输出到标准输出流。准确来讲，这种语法叫做形参包，是接受零个或更多个模板实参（非类型、类型或模板）的模板形参。
C++20之前，支持这三类形参包作为模板形参出现。C++20开始出现带类型约束的模板形参包，这里不做扩展。

// 1 - fixed type
int... args
// 2 - variadic types
class... args
typename... args
// 3 - nested packages
template</* arguments of nested package */>... args

最常用的是第二类，即类型模板形参包，可匹配0或多个模板实参，且对实参类型限制较少。
形参包最常见的作用，就是为模板提供扩充功能，使其不限于固定个数模板参数，这提供了另一种变参数函数的实现方法，以及使得基于可变模板的一些STL黑科技成为可能。
下面是一个利用形参包特性求和的类模板（实际不可能这么写，这个只能实现静态运算，这里只是举个栗子）：

template<int arg0 = 0, int... args>
class Sum
{public:int operator()() {if(sizeof...(args) == 0) return arg0;else return arg0 + Sum<args...>()();}
};

具体而言，带形参包的函数模板接受任意不少于固定形参个数的入口参数，上面的debug由于额外重载了空参，可以接受任意多的参数；带形参包的类模板则接受任意不少于固定形参个数的模板实参，像上面的Sum就可以接受任意多个数的int常量。

形参包的一个重要操作是包的展开。包展开依托一个模式，模式则是包含至少一个形参包的类模板，例如我们的形参包为typename... args，则args、std::vector<args>、std::pair<args,int>均为合法模式。如果包含两个及以上形参包，则所有形参包必须等长。这个很绕的例子大概可以说明这个特性：

template <typename... args>
class TypeArray {};
template <typename A, typename B>
class TypePair {};
template <typename... args1>
class TypeMatcher {public:template <typename... args2>class Accepts {public:using result_type = TypeArray<TypePair<args1, args2>...>;};
};// sizeof...(args1) == sizeof...(args2) ===> OK
using T1 = TypeMatcher<int, short>::Accepts<size_t, char16_t>::result_type;
// Compilation error: mismatched argument pack lengths while expanding 'TypePair<args1, args2>'
using T2 = TypeMatcher<int, short>::Accepts<std::string>::result_type;

在模式合法的前提下，包展开的格式为：

pattern...

形参包会原地展开为包内各实参代入模式后的结果序列。例如TypeArray<args>...和args=[int,int64_t,__int128_t]展开后即为TypeArray<int>,TypeArray<int64_t>,TypeArray<__int128_t>，而不是有些人可能设想的TypeArray<int,int64_t,__int128_t>。后者实际上是TypeArray<args...>的展开结果。

谨慎在相近位置使用多个包展开。包展开运算具有比较低（低于绝大多数运算，不知道是不是最低）的优先级，所以会在一些情形下造成反常识的展开结果。例如下面的例子：

template<class... args> int h(args... a) { return sizeof...(args); }template<class... Args>
int f(Args... args)
{h(h(args...)+args...);
}f(1,2,3);

很多人会认为前后两个都是单独对args展开，但实际不是。前一个args...展开为1,2,3没有问题，问题在于编译器会认为第一次展开后的h(1,2,3)+args是一个模式，而不是第二个args自身。所以实际展开结果是：h(1,2,3)+1,h(1,2,3)+2,h(1,2,3)+3，而非：h(1,2,3)+1,2,3。

另外，ISO C++也对允许包展开的情形进行了十分严格的限制，详情参考：包展开的场所。

目前C++官方提供了这三种变长参数支持。在它们之间选择应当加以权衡，选择最适合的方法。