如何利用C語言可變參數和宏定義來實現自己的日志系統

# 如何利用C語言可變參數和宏定義來實現自己的日志系統

## 引言

在軟件開發中，日志系統是調試和問題追蹤的重要工具。一個靈活的日志系統可以幫助開發者快速定位問題，了解程序運行狀態。本文將詳細介紹如何利用C語言的可變參數（`va_list`）和宏定義（`#define`）來構建一個輕量級、可定制的日志系統。

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## 一、日志系統的基本需求

一個完善的日志系統通常需要滿足以下需求：

1. **多級別日志**：支持不同級別的日志輸出（如DEBUG、INFO、WARN、ERROR等）。
2. **格式化輸出**：支持類似`printf`的格式化輸出。
3. **可配置性**：允許動態調整日志級別或輸出目標（如文件、控制臺）。
4. **線程安全**（可選）：在多線程環境中安全輸出日志。
5. **性能高效**：盡量減少日志系統對程序性能的影響。

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## 二、關鍵技術：可變參數與宏定義

### 1. 可變參數（`va_list`）

C語言通過`stdarg.h`頭文件提供可變參數功能，核心宏包括：
- `va_start`：初始化參數列表。
- `va_arg`：獲取下一個參數。
- `va_end`：清理參數列表。

```c
#include <stdarg.h>

void log_printf(const char* format, ...) {
    va_list args;
    va_start(args, format);
    vprintf(format, args); // 使用vprintf處理格式化輸出
    va_end(args);
}

2. 宏定義（#define）

宏可以簡化代碼并實現編譯期功能，例如： - 定義日志級別常量。 - 實現條件編譯（通過#ifdef控制日志是否輸出）。 - 封裝可變參數函數調用。

#define LOG_DEBUG(format, ...) \
    printf("[DEBUG] " format "\n", ##__VA_ARGS__)

三、實現步驟

1. 定義日志級別

typedef enum {
    LOG_LEVEL_DEBUG,
    LOG_LEVEL_INFO,
    LOG_LEVEL_WARN,
    LOG_LEVEL_ERROR,
    LOG_LEVEL_OFF // 關閉日志
} LogLevel;

2. 實現可變參數日志函數

void log_output(LogLevel level, const char* file, int line, const char* format, ...) {
    if (level < current_log_level) return; // 過濾低級別日志

    const char* level_str[] = {"DEBUG", "INFO", "WARN", "ERROR"};
    time_t now = time(NULL);
    char time_buf[20];
    strftime(time_buf, sizeof(time_buf), "%Y-%m-%d %H:%M:%S", localtime(&now));

    va_list args;
    va_start(args, format);
    fprintf(stderr, "[%s] [%s] [%s:%d] ", time_buf, level_str[level], file, line);
    vfprintf(stderr, format, args);
    fprintf(stderr, "\n");
    va_end(args);
}

3. 封裝宏定義

#define LOG(level, format, ...) \
    log_output(level, __FILE__, __LINE__, format, ##__VA_ARGS__)

#define LOG_DEBUG(format, ...) LOG(LOG_LEVEL_DEBUG, format, ##__VA_ARGS__)
#define LOG_INFO(format, ...)  LOG(LOG_LEVEL_INFO,  format, ##__VA_ARGS__)
#define LOG_WARN(format, ...)  LOG(LOG_LEVEL_WARN,  format, ##__VA_ARGS__)
#define LOG_ERROR(format, ...) LOG(LOG_LEVEL_ERROR, format, ##__VA_ARGS__)

4. 設置全局日志級別

static LogLevel current_log_level = LOG_LEVEL_DEBUG;

void set_log_level(LogLevel level) {
    current_log_level = level;
}

四、完整代碼示例

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

typedef enum {
    LOG_LEVEL_DEBUG,
    LOG_LEVEL_INFO,
    LOG_LEVEL_WARN,
    LOG_LEVEL_ERROR,
    LOG_LEVEL_OFF
} LogLevel;

static LogLevel current_log_level = LOG_LEVEL_DEBUG;

void log_output(LogLevel level, const char* file, int line, const char* format, ...) {
    if (level < current_log_level) return;

    const char* level_str[] = {"DEBUG", "INFO", "WARN", "ERROR"};
    time_t now = time(NULL);
    char time_buf[20];
    strftime(time_buf, sizeof(time_buf), "%Y-%m-%d %H:%M:%S", localtime(&now));

    va_list args;
    va_start(args, format);
    fprintf(stderr, "[%s] [%s] [%s:%d] ", time_buf, level_str[level], file, line);
    vfprintf(stderr, format, args);
    fprintf(stderr, "\n");
    va_end(args);
}

#define LOG(level, format, ...) \
    log_output(level, __FILE__, __LINE__, format, ##__VA_ARGS__)

#define LOG_DEBUG(format, ...) LOG(LOG_LEVEL_DEBUG, format, ##__VA_ARGS__)
#define LOG_INFO(format, ...)  LOG(LOG_LEVEL_INFO,  format, ##__VA_ARGS__)
#define LOG_WARN(format, ...)  LOG(LOG_LEVEL_WARN,  format, ##__VA_ARGS__)
#define LOG_ERROR(format, ...) LOG(LOG_LEVEL_ERROR, format, ##__VA_ARGS__)

// 示例用法
int main() {
    LOG_DEBUG("This is a debug message: %d", 42);
    LOG_INFO("Program started");
    LOG_ERROR("File not found: %s", "test.txt");
    return 0;
}

五、擴展功能

1. 輸出到文件：替換fprintf(stderr)為文件操作。
2. 線程安全：添加互斥鎖（如pthread_mutex）。
3. 顏色輸出：在終端中使用ANSI顏色代碼。
4. 日志分割：按日期或大小分割日志文件。

六、總結

通過結合C語言的可變參數和宏定義，我們可以實現一個靈活、高效的日志系統。這種方案不僅代碼量小，還能通過宏定義在編譯期優化日志性能（如完全關閉DEBUG日志）。開發者可以根據實際需求進一步擴展功能，例如添加線程安全或網絡日志支持。

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