C# 中的可变参数方法（VarArgs）

首先需要明确一点：这里提到的可变参数方法，指的是具有 CallingConventions.VarArgs 调用约定的方法，而不是包含 params 参数的方法。可以通过MethodBase.CallingConvention 属性来获取某个方法的调用约定。

举个常见的例子来说，C 语言的 printf 方法大多数人应该都知道，它的作用是向标准输出流（stdout）写入格式化字符串，printf 的方法签名是：

int printf(const char * format, ...);

方法签名中的 ...，就表示这个方法是可变参数的，可以根据需要传递任意个数的参数，参数的类型也可以互不相同。

C# 中的 params 参数则具有更强的约束，虽然参数个数可以不固定，但参数的类型必须都是相同的。而实际上，C# 中也可以声明如 C 语言的那种可变参数，只不过大多用于调用非托管 dll 提供的方法，而不是用于托管方法。本文会从 P/Invoke、C# 中可变参数方法的声明、IL 代码和 RuntimeArgumentHandle 四个方面介绍可变参数方法。

一、可变参数方法的 P/Invoke

如果一个非托管 dll 提供了一个可变参数方法，该如何在 C# 中调用它？

最简单的办法显然是按需调用——尽管提供的方法是可变参数的，但我可能并不需要那么多的自由，只需要一种或几种固定的参数就好。这种情况下，方法的签名直接按照需要去写就好，还是以 printf 为例：

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[DllImport("msvcrt.dll", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]

public static extern int printf(string format, string text);

[DllImport("msvcrt.dll", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]

public static extern int printf(string format, int num, int x, int y);

// 调用方法

printf("Hello %s!\n", "World"); // Hello World!

printf("Hello %d! is %d x %d\n", 42, 6, 7); // Hello 42! is 6 x 7

需要注意的是，DllImport 需要显式指定 CallingConvention = CallingConvention.Cdecl，这样会由调用方清理堆栈，才能支持可变参数的方法。

如果的确需要完整的可变参数方法呢？可以使用一些特殊的关键字来做到这一点，这些关键字并未给出官方文档，但确实存在于 C# 编译器中。如下定义printf 方法，注意参数使用的是 __arglist 关键字，并未指定任何参数类型和参数名称：

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[DllImport("msvcrt.dll", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]

public static extern int printf(string format, __arglist);

调用方法时，也必须将可变参数用 __arglist() 括起来：

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printf("Hello %s!\n", __arglist("World")); // Hello World!

printf("Hello %s! is %d x %c\n", __arglist("World", 6, '7')); // Hello World! is 6 x 7

这里要区分 __arglist 和 __arglist()，__arglist 是用于可变参数方法的声明和方法体内引用可变参数的，而 __arglist() 是用与可变参数方法的调用的。注意第二个示例，三个参数的类型各不相同，分别是字符串、整数和字符。

可变参数方法在调用时，也要特别注意即使不传递任何可选参数，也必须写 __arglist()，而不能省略掉。例如，上面的 printf 方法，即使没有参数，也要这样写才可以：printf("Hello World!", __arglist());。

二、C# 中的可变参数方法

上面说到了非托管 dll 能够提供可变参数方法，C# 也能调用这样的方法，那么 C# 自身是否能声明这样的方法？

答案其实很明显，既然 __arglist 关键字能在 P/Invoke 方法中使用，显然也能在普通的方法中使用。只不过这时需要使用 ArgIterator 结构和TypedReference 结构来访问参数，而不是普通的参数访问方法。

先来看一段简单的示例：

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public static void printf(string format, __arglist) {

    Console.Write(format);

    ArgIterator args = new ArgIterator(__arglist);

    while (args.GetRemainingCount() > 0) {

        Console.WriteLine("{0}: {1}", Type.GetTypeFromHandle(args.GetNextArgType()),

            TypedReference.ToObject(args.GetNextArg()));

    }

}

printf("Hello %s! is %d x %c\n", __arglist("World", 6, '7'));

// Hello %s! is %d x %c

// System.String: World

// System.Int32: 6

// System.Char: 7

这段示例中，已经把可变参数的用法基本都展示出来了，下面再来简单介绍一下。

首先是构造 ArgIterator 实例，就是通过调用构造函数 new ArgIterator(__arglist)。

然后是遍历可变参数，ArgIterator.GetRemainingCount 方法能够返回可变参数列表中剩余的参数个数，并且每次调用 ArgIterator.GetNextArg 方法获取下一个参数时都会自动减一。

下一个参数的目标类型可以利用 ArgIterator.GetNextArgType 方法获取，这个方法不会使迭代前进到下一个参数（比较类似于 Peek 方法）。需要注意得到的结果是 RuntimeTypeHandle 结构，需要使用 Type.GetTypeFromHandle 方法才能拿到能用的类型；而且并非是参数的实际类型，仅仅是调用方法时__arglist() 中指定的目标参数类型。例如：

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printf("Hello %s! is %d x %c\n", __arglist((IEnumerable<char>)"World", (object)6, (IComparable<char>)'7'));

// Hello %s! is %d x %c

// System.Collections.Generic.IEnumerable`1[System.Char]: World

// System.Object: 6

// System.IComparable`1[System.Char]: 7

得到的参数值的类型是 TypedReference，需要使用 TypedReference.ToObject 静态方法才能得到参数的实际值。需要注意 TypedReference 的另外两个静态方法：GetTargetType 和 TargetTypeToken，它们与 ArgIterator.GetNextArgType 方法一样只能得到调用时的目标参数类型。

关于 TypedReference 还有一些未公布的关键字，但它们并不建议使用，因为一般用不到这些功能，或者有可替代的托管方法。

__makeref，用于创建 TypedReference 实例：

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string str = "any value";

TypedReference typeRef = __makeref(str);

__refvalue，用于获取或设置 TypedReference 实例的值，要求类型必须与 TypedReference 的目标类型完全相同，而且用法完比较怪异：

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__refvalue(typeRef, string) = "other value";

Console.WriteLine(__refvalue(typeRef, string));

注意这里仍然是目标类型，并非是值的实际类型：

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object str = "any value";

TypedReference typeRef = __makeref(str);

__refvalue(typeRef, object) = "other value";

Console.WriteLine(__refvalue(typeRef, object));

__reftype，用于获取 TypedReference 的目标类型，与 TypedReference.GetTargetType 等价：

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Console.WriteLine(__reftype(typeRef));

这里再强调一遍，除了 __arglist 关键字之外，其它关键字不建议使用。Visual Studio 2013 的语法检查可以识别 __arglist 关键字，其它关键字会提示语法错误（但能够编译通过）。

C# 中的可变参数方法具有以下特点：

  • 可变参数方法是不符合 CLS 的。
  • 接口可以声明可变参数方法，可变参数方法也可以是 virtual 方法，并能够由子类重写。
  • 通过反射获取的参数个数，只会包含固定参数（__arglist 之前的参数）。因为 __arglist 仅仅代表方法的调用约定，并不是实际的参数。
  • 可变参数方法可以包含 0 个固定参数，即声明类似 void MyMethod(__arglist) 的方法。
  • __arglist 不能用在委托中。

三、可变参数方法的 IL 代码

上面从 C# 语言的角度介绍了可变参数方法，最后来剖析一下它的 IL 原理。

可变参数方法的调用，同样是使用 call 指令和 callvirt 指令，但需要明确指定参数类型。例如printf("Hello %s! is %d x %c\n", __arglist("World", 6, '7')); 对应的 IL 代码如下所示：

IL_0000: ldstr "Hello %s! is %d x %c\n"

IL_0005: ldstr "World"

IL_000A: ldc.i4.6

IL_000B: ldc.i4.s 55

IL_000D: call void Cyjb.TestProgram::printf(string, string, int32, char)

简单解释一下，就是按顺序将四个参数（一个固定参数和三个可变参数）推送到堆栈上，最后调用方法。可以看到 __arglist() 的作用就是展开方法参数，并且填充参数类型。注意这里将所有四个参数的类型都写入了 IL，才能正确调用可变参数的方法，这也是为什么特别提供了 ILGenerator.EmitCall 方法来调用可变参数的方法。

public static void printf(string format, __arglist) 方法声明的 IL 代码如下所示：

.method public hidebysig static vararg void printf (string format) cil managed

注意这里方法的参数实际上只有一个固定参数 format，只不过在方法的签名部分多了一个 vararg，表示方法是可变参数的，与反射得到的结果相同。

方法体中倒没有什么特殊的地方，同样是调用 ArgIterator 和 TypedReference 的相关方法，不过用到了 arglist 指令来为 ArgIterator 构造函数 提供参数，该指令就是由 __arglist 关键字而来的，其作用是返回指向可变参数列表的非托管指针。

上面提到的 __makeref、__refvalue 和 __reftype 关键字，则分别对应于 mkrefany、refanyval 和 refanytype 指令，这里不再详述。

四、RuntimeArgumentHandle

前面说到，委托中是不能使用 __arglist 关键字的，那么如果为可变参数方法创建委托呢？如果注意看 ArgIterator 的构造函数，可以发现它的参数是一个RuntimeArgumentHandle 结构，这个结构中包含一个指向可变参数的参数列表的指针。

因此，完全可以使用 RuntimeArgumentHandle 来代替方法声明中的 __arglist 关键字，如下所示：

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public static void printf(string format, RuntimeArgumentHandle handle) {

    ArgIterator args = new ArgIterator(handle);

    // 其它代码

}

与 public static void printf(string format, __arglist) 声明具有完全相同的效果，而且 RuntimeArgumentHandle 完全可以用在任何地方。

但是这个 printf 方法的调用却是个很大的问题，因为我们无法创建有效的 RuntimeArgumentHandle 结构的实例（它没有含带参数的构造函数），而且__arglist("World", 6, '7') 这样使用也是不可以的（从上面的 IL 代码可以看出，__arglist() 的作用是将参数展开）。

要调用这样的方法，必须再包装一层包含 __arglist 的方法：

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public static void Wrap(string format, __arglist) {

    printf(format, __arglist);

}

可以认为，方法体中的 __arglist 关键字就是一个隐式创建的 RuntimeArgumentHandle 实例，甚至可以直接 RuntimeArgumentHandle handle = __arglist;这样使用。

这样做看起来的确是多此一举，但如果要调用包含 RuntimeArgumentHandle 参数的委托，也只有这一种办法了，普通方法更适合继续使用 __arglist。

作者：CYJB 

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