20-5 省略号（以及为何要避免使用它们）
在我们迄今所见的函数中，函数接收的参数数量必须预先确定（即使它们具有默认值）。然而，在某些情况下，能够向函数传递可变数量的参数会非常有用。C++提供了一种名为省略号（即“…”）的特殊指定符，正是用于实现这一功能。
由于省略号使用频率极低且存在潜在风险，我们建议避免使用，因此本节内容可视为可选阅读。
使用省略号的函数采用以下形式：
return_type function_name(argument_list, ...)
参数列表包含一个或多个常规函数参数。请注意，使用省略号的函数必须至少包含一个非省略号参数。传递给函数的任何参数都必须首先匹配参数列表中的参数。
省略号（以三个连续的句点表示）必须始终作为函数的最后一个参数。省略号用于捕获所有额外参数（若存在）。虽然这种比喻不够严谨，但概念上可将省略号视为一个数组，用于存储 argument_list 之外的所有额外参数。
省略号示例
学习省略号的最佳方式是通过实例。因此，让我们编写一个使用省略号的简单程序。假设我们要编写一个函数来计算一组整数的平均值。实现方式如下：
#include <iostream>
#include <cstdarg> // needed to use ellipsis
// The ellipsis must be the last parameter
// count is how many additional arguments we're passing
double findAverage(int count, ...)
{
int sum{ 0 };
// We access the ellipsis through a va_list, so let's declare one
std::va_list list;
// We initialize the va_list using va_start. The first argument is
// the list to initialize. The second argument is the last non-ellipsis
// parameter.
va_start(list, count);
// Loop through all the ellipsis values
for (int arg{ 0 }; arg < count; ++arg)
{
// We use va_arg to get values out of our ellipsis
// The first argument is the va_list we're using
// The second argument is the type of the value
sum += va_arg(list, int);
}
// Cleanup the va_list when we're done.
va_end(list);
return static_cast<double>(sum) / count;
}
int main()
{
std::cout << findAverage(5, 1, 2, 3, 4, 5) << '\n';
std::cout << findAverage(6, 1, 2, 3, 4, 5, 6) << '\n';
return 0;
}
此代码输出：
如您所见，此函数接受可变数量的参数！现在，让我们来看看构成这个示例的各个部分。
首先，我们需要包含cstdarg头文件。该头文件定义了va_list、va_arg、va_start和va_end这几个宏，我们需要使用这些宏来访问省略号部分的参数。
接着，我们声明使用省略号的函数。请注意：参数列表必须包含一个或多个固定参数。本例中传递的单个整数用于指定求平均值的数字数量。省略号参数始终位于最后。
需特别说明：省略号参数本身没有名称！我们通过名为 va_list 的特殊类型访问省略号中的值。概念上可将 va_list 理解为指向省略号数组的指针。首先声明一个 va_list 类型变量，为简化起见命名为“list”。
接下来需让 list 指向省略号参数。通过调用 va_start() 实现：该函数接受两个参数——va_list 本身及函数中最后一个非省略号参数的名称。调用 va_start() 后，va_list 便指向省略号中的首个参数。
要获取 va_list 当前指向的参数值，需使用 va_arg()。该函数同样接受两个参数：va_list 本身及要访问的参数类型。需注意 va_arg() 会将 va_list 移至省略号中的下一个参数！
最后，完成操作后需调用 va_end() 进行清理，其参数即为 va_list。
需注意：随时可再次调用 va_start() 将 va_list 重置为指向省略号中的首个参数。
省略号为何危险：类型检查被暂停
省略号为程序员提供了极大的灵活性，可实现接受可变参数数量的函数。然而这种灵活性也伴随着一些弊端。
对于常规函数参数，编译器会通过类型检查确保函数参数类型与函数参数类型匹配（或可隐式转换以实现匹配）。这能避免向函数传递整数时它预期字符串的情况，反之亦然。但需注意：省略号参数不带类型声明。使用省略号时，编译器会完全暂停对省略号参数的类型检查。这意味着任何类型的参数都可能被传递给省略号！但缺点在于，若使用不合理的省略号参数调用函数，编译器将无法发出警告。使用省略号时，完全依赖调用方确保传递的省略号参数在函数可处理范围内。显然这会留下相当大的出错空间（尤其当调用方并非函数编写者时）。
下面看一个相当隐蔽的错误示例：
std::cout << findAverage(6, 1.0, 2, 3, 4, 5, 6) << '\n';
虽然乍看之下这似乎无伤大雅，但请注意第二个参数（第一个省略号参数）是双精度类型而非整数类型。这段代码编译通过后，会产生一个令人意外的结果：
这是一个非常大的数字。这是怎么发生的？
正如你在之前的课程中所学到的，计算机将所有数据存储为一串位。变量的类型告诉计算机如何将这串位转换为有意义的值。然而，你刚刚了解到省略号会丢弃变量的类型！因此，要从省略号处获取有效值的唯一方法，就是手动告知 va_arg() 下一个参数的预期类型。这正是 va_arg() 的第二个参数的作用。若实际参数类型与预期类型不匹配，通常会引发严重问题。
在上述 findAverage 程序中，我们告知 va_arg() 所有变量预期类型均为 int。因此每次调用 va_arg() 都会返回下一组被转换为整数的位序列。
问题在于：作为第一个省略号参数传递的 double 占用 8 字节，而 va_arg(list, int) 每次调用仅返回 4 字节数据。因此：
-
首次调用 va_arg() 仅读取双精度浮点数的头4字节（产生垃圾结果）
-
第二次调用 va_arg() 读取该浮点数的后4字节（产生另一段垃圾结果）
最终导致整体结果成为无效数据。
由于类型检查被禁用，即使编写完全荒谬的代码（如下例）编译器也不会报错：
int value{ 7 };
std::cout << findAverage(6, 1.0, 2, "Hello, world!", 'G', &value, &findAverage) << '\n';
信不信由你，这段代码实际上能顺利编译，并在作者的机器上产生以下结果：
这个结果完美诠释了“垃圾进，垃圾出”这一计算机科学领域的流行说法，其核心在于“强调计算机与人类不同，会不加质疑地处理最荒谬的输入数据并产生荒谬的输出结果”（维基百科）。
简而言之，参数的类型检查被暂停，我们必须信任调用方传递正确类型的参数。若调用方未按要求传递，编译器不会发出警告——程序只会输出垃圾数据（或直接崩溃）。
省略号为何危险：省略号无法知晓传递了多少参数
省略号不仅会丢弃参数类型，还会丢弃省略号内的参数数量。这意味着我们必须自行设计方案来追踪传递给省略号的参数数量。通常有以下三种实现方式：
方法一：传递长度参数
方法一是在固定参数中设置一个代表可选参数数量的参数。这正是我们在上述findAverage()示例中采用的解决方案。
然而即便在此处，我们仍会遇到问题。例如考虑以下调用：
std::cout << findAverage(6, 1, 2, 3, 4, 5) << '\n';
在作者撰写本文时，其设备上运行该命令产生了以下结果：
发生了什么？我们告诉findAverage()函数将提供6个额外参数，但实际只传入了5个。因此，va_arg()返回的前五个值是我们传入的参数，而第六个返回值则是栈中某个位置的垃圾值。最终导致计算结果成为垃圾数据。
更隐蔽的情况：
std::cout << findAverage(6, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7) << '\n';
这会得到答案3.5，乍看似乎正确，但遗漏了平均值中的最后一个数值——因为我们只告知程序将提供6个额外数值（实际却提供了7个）。此类错误往往难以察觉。
方法二：使用哨兵值
方法二采用哨兵值机制。哨兵值是一种特殊标记，当循环遇到该值时即终止。例如字符串使用空终止符作为哨兵值标记字符串结尾；在省略号处理中，哨兵值通常作为最后一个参数传递。以下是将 findAverage() 重写为使用哨兵值 -1 的示例：
#include <iostream>
#include <cstdarg> // needed to use ellipsis
// The ellipsis must be the last parameter
double findAverage(int first, ...)
{
// We have to deal with the first number specially
int sum{ first };
// We access the ellipsis through a va_list, so let's declare one
std::va_list list;
// We initialize the va_list using va_start. The first argument is
// the list to initialize. The second argument is the last non-ellipsis
// parameter.
va_start(list, first);
int count{ 1 };
// Loop indefinitely
while (true)
{
// We use va_arg to get values out of our ellipsis
// The first argument is the va_list we're using
// The second argument is the type of the value
int arg{ va_arg(list, int) };
// If this parameter is our sentinel value, stop looping
if (arg == -1)
break;
sum += arg;
++count;
}
// Cleanup the va_list when we're done.
va_end(list);
return static_cast<double>(sum) / count;
}
int main()
{
std::cout << findAverage(1, 2, 3, 4, 5, -1) << '\n';
std::cout << findAverage(1, 2, 3, 4, 5, 6, -1) << '\n';
return 0;
}
请注意，我们不再需要将显式长度作为第一个参数传递。取而代之的是，我们将哨兵值作为最后一个参数传递。
然而，这里存在两个挑战。首先，C++要求至少传递一个固定参数。在前例中，该参数即为计数变量。本例中，第一个值实为待求平均值的一部分。因此我们不再将其视为省略号参数，而是显式声明为常规参数。函数内部需对其进行特殊处理（本例中将求和变量初始值设为first而非0）。
其次，这要求用户必须将哨兵值作为最后一个参数传递。若用户忘记传递哨兵值（或传递错误值），函数将无限循环直至遇到与哨兵值匹配的垃圾数据（或导致崩溃）。
最后需注意，我们选择了-1作为哨兵值。若仅需计算正数平均值则无妨，但若需包含负数呢？哨兵值仅在存在超出问题有效值域的数值时才有效。
方法三：使用解码字符串
方法三涉及传递一个“解码字符串”，该字符串告知程序如何解释参数。
#include <iostream>
#include <string_view>
#include <cstdarg> // needed to use ellipsis
// The ellipsis must be the last parameter
double findAverage(std::string_view decoder, ...)
{
double sum{ 0 };
// We access the ellipsis through a va_list, so let's declare one
std::va_list list;
// We initialize the va_list using va_start. The first argument is
// the list to initialize. The second argument is the last non-ellipsis
// parameter.
va_start(list, decoder);
for (auto codetype: decoder)
{
switch (codetype)
{
case 'i':
sum += va_arg(list, int);
break;
case 'd':
sum += va_arg(list, double);
break;
}
}
// Cleanup the va_list when we're done.
va_end(list);
return sum / std::size(decoder);
}
int main()
{
std::cout << findAverage("iiiii", 1, 2, 3, 4, 5) << '\n';
std::cout << findAverage("iiiiii", 1, 2, 3, 4, 5, 6) << '\n';
std::cout << findAverage("iiddi", 1, 2, 3.5, 4.5, 5) << '\n';
return 0;
}
在此示例中，我们传递的字符串同时编码了可选变量的数量及其类型。其妙处在于能处理不同类型的参数。但该方法也存在缺点：解码字符串可能较为晦涩，且若可选参数的数量或类型与解码字符串不完全匹配，则可能引发错误。
对于来自C语言背景的开发者，这正是printf函数的实现原理！
更安全使用省略号的建议
首先，尽可能避免使用省略号！通常情况下，即使需要稍多些工作量，也存在其他合理的解决方案。例如在findAverage()程序中，我们可以改为传入动态大小的整型数组。此举既能提供强类型检查（确保调用方不会执行荒谬操作），又能保留传递可变数量整数进行求均值的能力。
其次，若必须使用省略号参数，建议所有传递值保持统一类型（例如全部为整型或双精度型，避免混用）。混用不同类型会大幅增加调用方误传错误类型数据的风险，导致 va_arg() 返回垃圾结果。
第三，使用计数参数或解码字符串参数通常比使用哨兵值更安全。这迫使用户为计数/解码参数选择合适值，确保即使产生垃圾值，省略号循环也能在合理迭代次数后终止。
进阶读者须知：
为改进省略号式功能，C++11引入了参数包与可变参数模板，其功能类似省略号但具备强类型检查。然而显著的易用性挑战阻碍了该特性普及。
C++17新增的折叠表达式大幅提升了参数包的实用性，使其成为可行的解决方案。
我们计划在未来网站更新中推出相关主题教程。
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