C语言标准库qsort、bsearch、setjmp/longjmp与变参函数深度剖析

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前言

C标准库不仅提供了丰富的基础函数，还包含许多高级用法，极大提升了C语言的表达力和工程能力。本文将系统讲解qsort/bsearch排序查找、setjmp/longjmp异常处理、va_list变参函数等高级特性，助你写出更高效、更灵活的C程序。

一、qsort与bsearch：通用排序与查找

1.1 qsort函数详解

qsort是C标准库提供的通用排序函数，支持任意类型数组的排序。

函数原型：

 void qsort(void *base, size_t nmemb, size_t size, int (*compar)(const void *, const void *));

• base：待排序数组首地址
• nmemb：元素个数
• size：每个元素的字节数
• compar：比较函数指针

示例：对int数组排序

 #include <stdio.h> #include <stdlib.h> int cmp_int(const void *a, const void *b) { return (*(int*)a) - (*(int*)b); } int main() { int arr[5] = {4, 2, 5, 1, 3}; qsort(arr, 5, sizeof(int), cmp_int); for(int i = 0; i < 5; i++) printf("%d ", arr[i]); return 0; }

示例：对结构体数组排序

 #include <stdio.h> #include <stdlib.h> typedef struct { char name[20]; int score; } Student; int cmp_score(const void *a, const void *b) { return ((Student*)b)->score - ((Student*)a)->score; } int main() { Student stu[3] = {{"张三", 90}, {"李四", 85}, {"王五", 95}}; qsort(stu, 3, sizeof(Student), cmp_score); for(int i = 0; i < 3; i++) printf("%s:%d\n", stu[i].name, stu[i].score); return 0; }

1.2 bsearch函数详解

bsearch用于在有序数组中查找元素。

函数原型：

 void *bsearch(const void *key, const void *base, size_t nmemb, size_t size, int (*compar)(const void *, const void *));

• key：待查找元素的地址
• base：有序数组首地址
• nmemb：元素个数
• size：每个元素的字节数
• compar：比较函数指针

示例：查找int数组中的元素

 #include <stdio.h> #include <stdlib.h> int cmp_int(const void *a, const void *b) { return (*(int*)a) - (*(int*)b); } int main() { int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5}; int key = 3; int *res = (int*)bsearch(&key, arr, 5, sizeof(int), cmp_int); if(res) printf("找到：%d\n", *res); else printf("未找到\n"); return 0; }

注意事项：

• bsearch要求数组必须有序，否则结果不确定。

二、setjmp/longjmp：非本地跳转与异常处理

2.1 setjmp/longjmp原理

setjmp/longjmp用于在C语言中实现类似异常处理的非本地跳转。

头文件：

 #include <setjmp.h>

基本用法：

• setjmp保存当前环境（堆栈、寄存器等）
• longjmp跳回setjmp处，并返回指定值

示例：异常处理机制

 #include <stdio.h> #include <setjmp.h> jmp_buf env; void func() { printf("func: 发生异常，准备跳转\n"); longjmp(env, 1); } int main() { if(setjmp(env) == 0) { printf("main: 正常执行\n"); func(); printf("main: 不会执行到这里\n"); } else { printf("main: 捕获到异常，恢复执行\n"); } return 0; }

应用场景：

• 错误处理与恢复
• 复杂流程的中断与回退

三、va_list变参函数：可变参数的实现

3.1 va_list及相关宏

C语言通过stdarg.h提供变参函数支持。

相关宏：

• va_list：参数列表类型
• va_start：初始化参数列表
• va_arg：获取下一个参数
• va_end：结束参数处理

示例：自定义printf函数

 #include <stdio.h> #include <stdarg.h> void my_printf(const char *fmt, ...) { va_list args; va_start(args, fmt); while(*fmt) { if(*fmt == 'd') { int i = va_arg(args, int); printf("%d", i); } else if(*fmt == 'c') { char c = (char)va_arg(args, int); printf("%c", c); } else if(*fmt == 'f') { double d = va_arg(args, double); printf("%f", d); } fmt++; } va_end(args); } int main() { my_printf("dcf", 10, 'A', 3.14); return 0; }

3.2 变参函数的注意事项

• 变参函数无法自动获知参数个数，需通过格式字符串或额外参数传递
• 类型必须严格匹配，否则结果不可预期

示例：求和函数

#include <stdio.h> #include <stdarg.h> int sum(int count, ...) { va_list args; va_start(args, count); int total = 0; for(int i = 0; i < count; i++) { total += va_arg(args, int); } va_end(args); return total; } int main() { printf("sum=%d\n", sum(4, 1, 2, 3, 4)); return 0; }

四、综合案例：异常处理与变参结合

4.1 结合setjmp/longjmp与变参函数

示例：带异常处理的变参求和

#include <stdio.h> #include <stdarg.h> #include <setjmp.h> jmp_buf env; int safe_sum(int count, ...) { if(count < 0) longjmp(env, 1); va_list args; va_start(args, count); int total = 0; for(int i = 0; i < count; i++) { total += va_arg(args, int); } va_end(args); return total; } int main() { if(setjmp(env) == 0) { printf("sum=%d\n", safe_sum(3, 1, 2, 3)); printf("sum=%d\n", safe_sum(-1, 1, 2)); // 触发异常 } else { printf("参数错误，已捕获异常\n"); } return 0; }

五、常见陷阱与调试技巧

5.1 qsort/bsearch

• 比较函数返回值需严格遵循约定（负、零、正）
• bsearch前必须排序

5.2 setjmp/longjmp

• longjmp只能跳回同一线程的setjmp
• 跳转后局部变量值可能不可预期

5.3 va_list变参

• 类型和顺序必须严格匹配
• va_list不可多次遍历，需重新初始化

六、总结

C标准库的高级用法极大提升了C语言的灵活性和工程能力。掌握qsort/bsearch、setjmp/longjmp、va_list变参函数等特性，能让你在实际开发中游刃有余。建议多实践、多查阅标准文档，深入理解其原理和应用场景。