本帖最后由 kenson 于 2014-1-6 15:50 编辑
4 i8 U4 d- p: l2 Y, F1 _) A
; Y/ E; c. W" V( z! }& {8 |" ~) b7 sC/C++ 宏详解) s0 |# l- t0 d U" u. N: Q i/ ~$ ?
众多C++书籍都忠告我们C语言宏是万恶之首,但事情总不如我们想象的那么坏,就如同goto一样。宏有& U, M2 q( R3 j4 v( Z, f# q& J
一个很大的作用,就是自动为我们产生代码。如果说模板可以为我们产生各种型别的代码(型别替换),
, l" q. g2 ^2 ?. f7 N6 R6 L那么宏其实可以为我们在符号上产生新的代码(即符号替换、增加)。 关于宏的一些语法问题,可以在google上找到。相信我,你对于宏的了解绝对没你想象的那么多。如果你3 ]8 ?: _- r. U9 K
还不知道#和##,也不知道prescan,那么你肯定对宏的了解不够。 我稍微讲解下宏的一些语法问题(说语法问题似乎不妥,macro只与preprocessor有关,跟语义分析又无关): 1. 宏可以像函数一样被定义,例如:
) S/ l5 X, `% Y [! U7 d#define min(x,y) (x 但是在实际使用时,只有当写上min(),必须加括号,min才会被作为宏展开,否则不做任何处理。8 h0 p# A. t r+ b s
4 @; R* Q+ a7 W& Z6 t
2. 如果宏需要参数,你可以不传,编译器会给你警告(宏参数不够),但是这会导致错误。如C++书籍中所描6 w2 x: L, i# D3 p. g# p
述的,编译器(预处理器)对宏的语法检查不够,所以更多的检查性工作得你自己来做。 3. 很多程序员不知道的#和##
. D( n* Y0 T* o( z#符号把一个符号直接转换为字符串,例如:! p6 T% o+ I- S. }% H( ^
#define STRING(x) #x3 \! S9 ^8 V* m' P* ?
const char *str = STRING( test_string ); str的内容就是"test_string",也就是说#会把其后的符号
9 y' w+ M. _; ?7 b直接加上双引号。
; P5 Y( C: C! r+ E. Q% H* n##符号会连接两个符号,从而产生新的符号(词法层次),例如:
) L8 D; L( t/ O4 e#define SIGN( x ) INT_##x1 I9 P5 `- F/ ]+ Y) {
int SIGN( 1 ); 宏被展开后将成为:int INT_1; 4. 变参宏,这个比较酷,它使得你可以定义类似的宏:
, E2 k, ]/ l: R& \' R#define LOG( format, ... ) printf( format, __VA_ARGS__ )
" ?9 `6 c- |: r* q0 S8 tLOG( "%s %d", str, count );
, E3 _, U7 Y. } T3 d2 W__VA_ARGS__是系统预定义宏,被自动替换为参数列表。 5. 当一个宏自己调用自己时,会发生什么?例如:8 O) B+ p- n' G. l. Y
#define TEST( x ) ( x + TEST( x ) )" _; D' _. S G5 |( @
TEST( 1 ); 会发生什么?为了防止无限制递归展开,语法规定,当一个宏遇到自己时,就停止展开,也就是
2 ~4 ~6 Y, [# f9 k# x说,当对TEST( 1 )进行展开时,展开过程中又发现了一个TEST,那么就将这个TEST当作一般的符号。TEST(1)+ e# H6 z% v7 g0 S( m
最终被展开为:1 + TEST( 1) 。 6. 宏参数的prescan,! B0 y+ {1 n& r" w( d; K) {/ O$ k
当一个宏参数被放进宏体时,这个宏参数会首先被全部展开(有例外,见下文)。当展开后的宏参数被放进宏体时,. y7 ^ o/ [7 F0 ~2 @$ _0 J! L! u+ u- R
预处理器对新展开的宏体进行第二次扫描,并继续展开。例如:3 p; {, p1 B L8 a4 H% U5 @# C2 C
#define PARAM( x ) x
/ U0 H, |* |/ m#define ADDPARAM( x ) INT_##x
( z: e# _; X: JPARAM( ADDPARAM( 1 ) );* R9 z! d1 X. f0 D9 s4 R3 b8 |8 b
因为ADDPARAM( 1 ) 是作为PARAM的宏参数,所以先将ADDPARAM( 1 )展开为INT_1,然后再将INT_1放进PARAM。3 j1 Q/ ?9 }- U- x9 D8 H9 R+ i4 r
, S4 P$ W- G! k9 ^/ E
例外情况是,如果PARAM宏里对宏参数使用了#或##,那么宏参数不会被展开:" j6 l( K* M- k4 d+ a& i+ I3 s
#define PARAM( x ) #x, s9 l2 ~" `" g' i+ i
#define ADDPARAM( x ) INT_##x& T4 t* p" w* @1 e& j- j
PARAM( ADDPARAM( 1 ) ); 将被展开为"ADDPARAM( 1 )"。 使用这么一个规则,可以创建一个很有趣的技术:打印出一个宏被展开后的样子,这样可以方便你分析代码:' w' u5 d# O* \( Z
#define TO_STRING( x ) TO_STRING1( x )5 T1 f4 r: `' O# \3 R
#define TO_STRING1( x ) #x2 ~2 |' T3 C0 R5 F) k- R, @7 [
TO_STRING首先会将x全部展开(如果x也是一个宏的话),然后再传给TO_STRING1转换为字符串,现在你可以这样:
5 h7 e2 F, N7 R. a1 B, ?! @const char *str = TO_STRING( PARAM( ADDPARAM( 1 ) ) );去一探PARAM展开后的样子。 7. 一个很重要的补充:就像我在第一点说的那样,如果一个像函数的宏在使用时没有出现括号,那么预处理器只是
% z* S6 y* o' y将这个宏作为一般的符号处理(那就是不处理)。
. D T# n6 g" M( F# U我们来见识一下宏是如何帮助我们自动产生代码的。如我所说,宏是在符号层次产生代码。我在分析Boost.Function
. L8 w# i' y" O2 U$ \8 j模块时,因为它使用了大量的宏(宏嵌套,再嵌套),导致我压根没看明白代码。后来发现了一个小型的模板库ttl,说的
( }" E0 _+ P9 h是开发一些小型组件去取代部分Boost(这是一个好理由,因为Boost确实太大)。同样,这个库也包含了一个function库。- C) m4 l) J1 E; ]
这里的function也就是我之前提到的functor。ttl.function库里为了自动产生很多类似的代码,使用了一个宏:
#define TTL_FUNC_BUILD_FUNCTOR_CALLER(n) /
. Q% @! l8 Q% ]/ W/ q/ E( _1 Jtemplate< typename R, TTL_TPARAMS(n) > /7 W5 r9 k1 x8 E& b# T
struct functor_caller_base##n /
% c( N: r& H; M5 l3 a* |$ Q///...0 n. ^+ ] R" n. ]
该宏的最终目的是:通过类似于TTL_FUNC_BUILD_FUNCTOR_CALLER(1)的调用方式,自动产生很多functor_caller_base模板:
" S: v4 R8 F8 E% ~- Qtemplate struct functor_caller_base1
! t- o: N8 U% gtemplate struct functor_caller_base2
/ C# E, i. p0 {5 ?5 k; O- q3 _template struct functor_caller_base3
! k2 C8 o1 s, J0 b///...
8 i) X) W, h# A$ A- {3 j' p+ c那么,核心部分在于TTL_TPARAMS(n)这个宏,可以看出这个宏最终产生的是:
" Q- n6 j6 |1 wtypename T1
$ {) N# a1 F5 {3 x7 t+ C- Ytypename T1, typename T2
5 M7 q# Q; w/ btypename T1, typename T2, typename T3
; n$ {6 l+ U! o# o///...4 c( P% z, e) M" u
我们不妨分析TTL_TPARAMS(n)的整个过程。分析宏主要把握我以上提到的一些要点即可。以下过程我建议你翻着ttl的代码,& J Z+ Y7 o E4 L1 _* u2 S9 W5 s M
相关代码文件:function.hpp, macro_params.hpp, macro_repeat.hpp, macro_misc.hpp, macro_counter.hpp。 so, here we go 分析过程,逐层分析,逐层展开,例如TTL_TPARAMS(1): #define TTL_TPARAMS(n) TTL_TPARAMSX(n,T) 0 g/ A# L' I' \- ]2 c- \
=> TTL_TPARAMSX( 1, T ). ~6 n: D6 `& k. Y4 ~
#define TTL_TPARAMSX(n,t) TTL_REPEAT(n, TTL_TPARAM, TTL_TPARAM_END, t)
- A" k+ A7 X9 g5 @8 K=> TTL_REPEAT( 1, TTL_TPARAM, TTL_TPARAM_END, T )
: n I5 _$ H5 `' ?( u. D7 C ~#define TTL_TPARAM(n,t) typename t##n,0 W" D* l7 z( z& w- N# h3 t1 y: a7 n
#define TTL_TPARAM_END(n,t) typename t##n; t% h5 d6 B1 n* r% }, }
#define TTL_REPEAT(n, m, l, p) TTL_APPEND(TTL_REPEAT_, TTL_DEC(n))(m,l,p) TTL_APPEND(TTL_LAST_REPEAT_,n)(l,p)
4 l* u8 j+ ^; X) R1 A8 l; l注意,TTL_TPARAM, TTL_TPARAM_END虽然也是两个宏,他们被作为TTL_REPEAT宏的参数,按照prescan规则,似乎应该先将' Z" \0 D5 s9 J# E' H2 i- ?
这两个宏展开再传给TTL_REPEAT。但是,如同我在前面重点提到的,这两个宏是function-like macro,使用时需要加括号,
5 t. O& G5 G' C如果没加括号,则不当作宏处理。因此,展开TTL_REPEAT时,应该为:
& t# f. B- S1 J9 W$ n% ]1 }5 R=> TTL_APPEND( TTL_REPEAT_, TTL_DEC(1))(TTL_TPARAM,TTL_TPARAM_END,T) TTL_APPEND( TTL_LAST_REPEAT_,1)(
7 P- Q' {8 L4 i# {" _/ WTTL_TPARAM_END,T)( L u# K' J+ [1 Q: I; u
这个宏体看起来很复杂,仔细分析下,可以分为两部分:
9 Z2 u8 A( ?1 L1 `) B; v8 N+ t; xTTL_APPEND( TTL_REPEAT_, TTL_DEC(1))(TTL_TPARAM,TTL_TPARAM_END,T)以及
# @- n$ B3 j* hTTL_APPEND( TTL_LAST_REPEAT_,1)(TTL_TPARAM_END,T)* C/ I: `1 @* a7 Y8 f) j5 [
先分析第一部分:
7 `5 P6 F i4 e' J5 j- ?) e$ O#define TTL_APPEND( x, y ) TTL_APPEND1(x,y) //先展开x,y再将x,y连接起来' g+ p5 ], F' y0 u
#define TTL_APPEND1( x, y ) x ## y1 p8 j0 v# b. I
#define TTL_DEC(n) TTL_APPEND(TTL_CNTDEC_, n)
0 K% E% Z; ~+ |$ G+ B* J5 q根据先展开参数的原则,会先展开TTL_DEC(1)
5 J" _) N; r* i4 ~2 n8 |1 g=> TTL_APPEND(TTL_CNTDEC_,1) => TTL_CNTDEC_1
9 y( ]) j# P H3 i: ~1 }# B#define TTL_CNTDEC_1 0 注意,TTL_CNTDEC_不是宏,TTL_CNTDEC_1是一个宏。/ c! r7 [% l( V" {3 E
=> 0 , 也就是说,TTL_DEC(1)最终被展开为0。回到TTL_APPEND部分:0 i& F+ C% m3 n" J- t; a
=> TTL_REPEAT_0 (TTL_TPARAM,TTL_TPARAM_END,T)& t$ R& h0 w) O ~6 n' s- u1 {6 b
#define TTL_REPEAT_0(m,l,p)5 z8 @: P! i: V4 E" ^: V; H
TTL_REPEAT_0这个宏为空,那么,上面说的第一部分被忽略,现在只剩下第二部分:) T2 f0 _9 b" _% {8 A
TTL_APPEND( TTL_LAST_REPEAT_,1)(TTL_TPARAM_END,T). J+ v: q* ?9 j5 b/ S
=> TTL_LAST_REPEAT_1 (TTL_TPARAM_END,T) // TTL_APPEND将TTL_LAST_REPEAT_和1合并起来
& p& J( N2 S! N8 N/ T4 {#define TTL_LAST_REPEAT_1(m,p) m(1,p)
) v6 p: o& |4 k- `3 L) p=> TTL_TPARAM_END( 1, T )! l/ d/ x3 c) e ^& \8 N
#define TTL_TPARAM_END(n,t) typename t##n
R* V9 P: c5 I+ ~3 k=> typename T1 展开完毕。 虽然我们分析出来了,但是这其实并不是我们想要的。我们应该从那些宏里去获取作者关于宏的编程思想。很好地使用宏
: @& K5 w1 {; W* h' j看上去似乎是一些偏门的奇技淫巧,但是他确实可以让我们编码更自动化。 ( w w2 [) g. Q4 r
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