이번 포스트는 가변 인자 함수(variadic function)에 관한 내용입니다.

1️⃣ 가변 인자 함수란?

   <반환형>    <함수명>(<자료형이 고정된 매개변수>,  . . . );    

• 매개변수(가변 인자)를 개수를 미리 고정시키지않고 임의대로 허용할 수 있는 함수입니다.
• 반드시 최소 한 개의 정해진 자료형의 매개변수가 필요합니다.
• 함수에 들어가는 인자의 개수가 변하는 것을 가변 인자라고 하며 ' . . . '로 표현합니다.

< 가변인자함수 예 >

int printf(const char* format, ...);
int scanf(const char* format, ...);

2️⃣ 간단한 가변 인자 함수의 구현 예 [ preview ]

< 앞으로 알아볼 가변 인자함수로 구현한 간단한 숫자 출력함수 >

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

void print_num(const size_t count, ...)
{
        va_list ap;
        int num;
        size_t i;

        va_start(ap, count);
        {
            for (i = 0; i < count; i++)
            {
                num = va_arg(ap, int);
                printf("%d: %d\n", i + 1, num);
            }
        }
        va_end(ap);
}

int main(void)
{
    print_num(4, 3, 6, 9, 12);

    return (0);
}

3️⃣ va_list

   va_list ap;   

• 가변 인자 목록으로 va_start(), va_arg(), va_end() 와 같은 매크로 함수를 사용할 때 필요한 정보가 포함되어 있습니다.
• 함수로 전달되는 인수들은 스택으로 저장되며 하나씩 꺼내서 씁니다. va_list형은 매개변수를 차례로 가리키는 포인터 변수를 정의할 때 사용됩니다.
• C표준에서 정확히 명시되지않은 자료형입니다. 그러기 때문에 운영체제나 컴파일러에 구현이 다를 수 있습니다.
• 이번 포스트에서는 va_list의 변수명으로 매개변수 포인터(argument pointer)의 첫 글자만을 따서 ap로 선언해 주었습니다.

4️⃣ va_start

   va_start ( <가변 인자 목록>,   <가변 인자 시작하기 직전 매개변수> )   

• va_start는 매크로 함수 입니다.
• 함수 매개변수로 들어온 가변 인자들에 접근하기 전에 반드시 호출해야 되며 매개변수 중에서 이름을 가진 것이 적어도 하나는 있어야 합니다. 이름 붙여진 매개변수 중 마지막 것은 va_start를 시작하기 위해 사용됩니다.
• 매크로 va_start는 첫 번째 이름 없는 매개변수를 가리키도록 ap의 초깃값을 설정합니다.

5️⃣ va_end

   va_end ( <가변 인자 목록> )   

• va_end는 매크로 함수 입니다.
• 사용했던 가변 인자 목록을 청소해줍니다.
• 함수가 리턴되기 전에 반드시 호출되어야 합니다.

6️⃣ va_arg

   va_arg ( <가변 인자 목록>,   <얻어올 가변 인자의 자료형> )   

• va_arg는 매크로 함수 입니다.
• va_arg를 호출하면 하나의 매개변수를 리턴하고 ap가 다음 매개변수를 가리키게 합니다.
• va_arg는 어떤 자료형이 리턴될 것이며, ap가 얼마나 전진해야 될지를 결정하기 위해 자료형을 참고합니다.
• 예전 표준상의 문제로 가변 인자 목록의 기본 자료형 인자들은 다음과 같이 승격(promotion)됬습니다.
  • 모든 정수형은 int형으로
  • 모든 부동소수점은 double형으로

7️⃣ 특징

(1) 매크로함수로 구현?

• va_start, va_end, va_arg는 일반 함수같지만 사실상 매크로 함수입니다.
• C언어에서 실행 중에 자동으로 자료형을 판단하는 기능이 없습니다. 따라서 매크로형식으로 선언된 함수들을 전처리기에서 구현 코드로 대체시켜줌으로써 자료형을 판단해서 동작하는 것 처럼 구현이 되어 있습니다.

(2) 가변 인자 작성 규칙

• 가변 인자. . .앞에 자료형이 특정된 매개변수가 반드시 있어야 합니다.
  다음과 같은 경우는 컴파일 오류가 납니다.

  void sample_vf(..., int);        //컴파일 오류
  void sample_vf(int, ..., int);   //컴파일 오류
  

(3) 가변 인자 갯수

• 가변 인자는 va_arg함수가 시키는대로 하나씩 주소를 늘려가며 읽을 뿐입니다.
• 가변 인자 함수는 가변 인자가 몇개인지 모릅니다. (위의 2번의 샘플코드는 count변수를 통해 갯수를 파악하고 제어했습니다.)

(4) 가변 인자의 자료형

• 실행 중에 어떤 형의 가변 인자인지 결정됩니다.
• 가변 인자 함수 자체는 스택의 어떤 위치를 어떤 형으로 읽어야할 지 모릅니다. 그래서 정해진 자료형으로 넘겨받은 매개 변수로 부터 알아내야 합니다.

  va_arg(ap, int); // 넘겨받은 두번째 매개변수(int)로 자료형을 판단
  

  만약 잘못된 자료형으로 읽는다고 해도 넘겨받은 매개변수(자료형)의 크기에 충실하여 읽습니다. (int형(4바이트)을 char형(1바이트)으로 읽는 경우가 가능합니다. 가변인자는 남은 3바이트를 가리킴)

(5) 서식자, 갯수를 잘못 작성해도 그대로 실행(실수할 가능성이 큼)

• 매크로형식으로 구현되어 있다보니 위의 경우처럼 va_arg가 시키는데로 읽습니다. 비슷한 이유로 서식자를 잘못쓰거나 갯수를 잘못입력해도 컴파일 전에 알지 못합니다. 하지만 컴파일러자체에서 이와같은 사용자 실수를 판단해서 오류를 출력해주기도 합니다.

< (특정 컴파일러) 컴파일러 자체가 서식자를 비교해서 오류출력 >

8️⃣ 간단한 버전의 printf함수 구현

'd'(정수형),'f'(실수형)같은 경우 출력하기 위해서는 추가적으로 문자형으로 변환하는 함수가 필요합니다. 하지만 이번 구현은 가변 인자 함수를 이용하는 것이 주목적이기 때문에 정수,실수형출력은 printf함수를 이용했습니다.

< minprintf함수 >(출처:Kernighan, The C Programming Language)

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

void minprintf(char *fmt, ...)
{
    va_list ap;
    char *p, *sval;
    int ival;
    double dval;

    va_start(ap, fmt);
    {
        for (p = fmt; *p; p++)
        {
            if (*p != '%')
            {
                putchar(*p);
                continue;
            }
            switch (*++p)
            {
                case 'd':
                    ival = va_arg(ap, int);
                    printf("%d", ival);
                    break;
                case 'f':
                    dval = va_arg(ap, double);
                    printf("%f", dval);
                    break;
                case 's':
                    for (sval = va_arg(ap, char *); *sval; sval++)
                        putchar(*sval);
                    break;
                default:
                    putchar(*p);
                    break;
            }   
        }
    }
    va_end(ap);
}

< main함수 >

int main(void)
{
    minprintf("%d %d", 3, 34);
    printf("\n");
    minprintf("%f", 3.14);
    printf("\n");
    minprintf("%s %d", "hello!", 3);
    printf("\n");
}