C语言可变参数与命令行参数解析：stdarg与getopt详解

一、可变参数处理：stdarg.h

1.1 核心功能

stdarg.h 头文件提供在函数中处理不定数量参数的能力，常用于实现类似printf()的格式化输出函数。通过宏定义实现，与平台特性强关联。

1.2 核心类型与函数原型

#include <stdarg.h>

// 参数列表指针类型
va_list;

// 初始化va_list指针，last_param是最后一个固定参数名
void va_start(va_list ap, last_param);

// 获取下一个参数，type为参数类型（如int、char*）
// 一定要确定可变参数的个数，不要在最后一个参数被读取了依然调用该函数
type va_arg(va_list ap, type);

// 清理va_list指针
void va_end(va_list ap);

1.3 使用步骤

1. 函数声明使用省略号（如int func(int n, ...))
2. 定义va_list变量
3. va_start初始化指针
4. va_arg逐个读取参数
5. va_end释放资源

1.4 示例：简化版printf函数实现

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

void my_printf(const char *fmt, ...) {
    va_list ap;
    va_start(ap, fmt);  // 初始化参数列表

    for (const char *p = fmt; *p != '\0'; p++) {
        if (*p != '%') {
            putchar(*p);  // 普通字符直接输出
            continue;
        }

        // 处理格式符 %
        switch (*++p) {    // 跳过%并读取下一个字符
            case 'd': {    // 处理整数
                int num = va_arg(ap, int);
                printf("%d", num);  // 借用标准库输出
                break;
            }
            case 's': {    // 处理字符串
                char *str = va_arg(ap, char*);
                printf("%s", str);
                break;
            }
            case 'c': {    // 处理字符
                char ch = va_arg(ap, int);  // char提升为int传递
                putchar(ch);
                break;
            }
            case '%': {    // 转义%符号
                putchar('%');
                break;
            }
            default: {     // 未知格式符
                putchar('?');
                break;
            }
        }
    }

    va_end(ap);  // 清理参数列表
}

// 调用示例：
// my_printf("ID:%d, Name:%s, Level:%c%%", 101, "Alice", 'A');
// 输出: ID:101, Name:Alice, Level:A%

1.5 注意事项

• 必须至少包含一个固定参数
• va_arg必须按实际类型调用（类型错误导致未定义行为）
• C99后支持va_copy复制参数列表

二、命令行参数解析：getopt()

2.1 核心功能

unistd.h中的getopt()函数提供命令行选项解析能力，支持带参数选项（如-f filename）、组合短选项（如-abc）等常见格式。

2.2 函数原型与全局变量

#include <unistd.h>

int getopt(int argc, char *const argv[],
           const char *optstring);

// 全局变量：
extern char *optarg;  // 当前选项的参数值
extern int optind;    // 下一个要处理的argv索引，在getopt返回-1时其值为第一个非选项或选项参数的索引
extern int optopt;    // 无效选项字符

选项字符串格式：

• 单个字符：表示无参数选项（如"a"对应-a）
• 字符后接冒号：必须带参数（如"f:"对应-f file）
• 字符后接双冒号：可选参数（非标准扩展，谨慎使用）

2.3 使用流程

int main(int argc, char **argv) {
    int opt;
    while ((opt = getopt(argc, argv, "hf:v")) != -1) {
        switch (opt) {
            case 'h':
                printf("Help info\n");
                break;
            case 'f':
                printf("File: %s\n", optarg); // 获取参数
                break;
            case 'v':
                printf("Version 1.0\n");
                break;
            case '?': // 未知选项
                printf("Unknown option: %c\n", optopt);
                break;
        }
    }
    // 处理剩余参数（非选项参数）
    for (int i = optind; i < argc; i++) {
        printf("Extra argument: %s\n", argv[i]);
    }
    return 0;
}

2.4 运行示例

$ ./demo -f config.txt -v input.txt
File: config.txt
Version 1.0
Extra argument: input.txt

2.5 注意事项

• 选项参数通过optarg获取
• 遇到非选项参数时停止解析（可用--强制结束选项解析）
• 重复调用getopt()继续解析时需重置optind = 1

三、总结对比

掌握这两个工具，能够显著提升C语言函数设计的灵活性和命令行工具的开发效率。实际使用时需注意参数类型匹配与错误处理，避免因类型错误导致程序崩溃。