本帖最后由 kenson 于 2014-1-6 15:50 编辑 + Q: n' q6 z1 w: M4 K8 X
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C/C++ 宏详解
: U& e8 u$ B2 w) w: g j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
8 t+ n2 F, X' F* r* c, |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),
: K8 E3 w. p2 H" B7 B+ Y& I: W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# a2 p; D7 n: M
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:
5 ` [/ J8 J; K6 t' ]) e) Z; X#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。3 p+ s. s. h; N; W( U4 ~, h( D- P
" `1 u$ E% D' N V
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- W9 v* @& N- r
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##
/ S& Z1 r" }) y5 k( U#符号把一个符号直接转换为字符串,例如:1 b; B8 @& n) z
#define STRING(x) #x
9 t1 }9 _/ z G" H% b* Rconst char *str = STRING( test_string ); str的内容就是"test_string",也就是说#会把其后的符号* f' z8 s _( }3 H8 p9 y$ j! B
直接加上双引号。
( G" o- H- K' O: \##符号会连接两个符号,从而产生新的符号(词法层次),例如:
4 `7 F# Y+ K6 z/ |- n2 e+ R' @#define SIGN( x ) INT_##x# @$ F% F+ L3 u+ k, A
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:! a* k+ A9 q0 ]& r" V [4 J) p9 d
#define LOG( format, ... ) printf( format, __VA_ARGS__ )
0 j. u8 w1 d6 a/ m: ALOG( "%s %d", str, count );6 n3 ]( K0 f2 m, n3 P& t8 R8 R* p& L
__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:
/ {! d* v) Q: m8 [#define TEST( x ) ( x + TEST( x ) )
- k4 G( {- q0 G4 Z0 [) H, iTEST( 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
$ O" E3 B) V6 @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)
4 c2 q" K) C! l; A0 U2 k0 r最终被展开为:1 + TEST( 1) 。 6. 宏参数的prescan,
6 P L7 A. `; K- e" Y/ 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," s1 B9 g6 P; X; U: W
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:; D2 \" [ a0 _+ x( G# S
#define PARAM( x ) x5 |+ p4 j% V+ ~0 H5 C
#define ADDPARAM( x ) INT_##x
. R8 B2 A6 V: vPARAM( ADDPARAM( 1 ) );
% |% y; ?/ I8 z/ ^8 |* O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。
1 A9 q( } b! C) o. c
2 Z9 H+ B/ d# h6 \ A, N- J7 z/ ?0 B& O/ F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:4 [) ^# ^! D( c3 H- r, t- X7 R
#define PARAM( x ) #x
; T; L, g/ r- ~) I5 K! o9 G) _% F#define ADDPARAM( x ) INT_##x
( H: u6 Z7 W& s/ Z2 g* ~5 iPARAM( 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:, [- F8 D8 D( o9 ]& ?
#define TO_STRING( x ) TO_STRING1( x )" i/ N& M3 q0 X
#define TO_STRING1( x ) #x/ A& }( W8 c: ^/ c
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:3 L x/ c' r- j x% ^7 a" ^" t
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& i- E. [& C" J; c( N
将这个宏作为一般的符号处理(那就是不处理)。 0 s) U' F. B0 c: t$ s" M
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
; ?. A9 L; N P/ ]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
+ ^3 _0 M9 r- o( s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。: B$ V# ?& G( f* V
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) /
' h% y& k2 J- o1 ? ]template< typename R, TTL_TPARAMS(n) > / Q* W: B! O, V4 e7 p
struct functor_caller_base##n /
L" ~7 {: Q% @6 L8 v6 a8 \) W! Y///...
( n x0 A0 Q8 }6 ^2 S( @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: y6 S8 B {$ I# v9 u( w3 V
template struct functor_caller_base14 f% L5 |" e j5 ^& H
template struct functor_caller_base2: }" J2 H: k+ C! F& p: }0 t
template struct functor_caller_base3
! F. s0 r' J. A/ N0 h5 O4 u///... R) }6 O5 L. O3 _9 b
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:0 j9 D: h( V% m0 ^9 v2 T
typename T1! l, p9 X' r( c( A$ u- ~9 e5 f# }
typename T1, typename T2: w/ g) p p9 C: f7 Y6 E
typename T1, typename T2, typename T3
5 n) {6 i# E2 i, I' `) U///...
# p3 D9 t, o5 Y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,
% x$ O/ \; H! d9 y3 V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) ) S* b f8 m/ A$ \7 c$ G$ `
=> TTL_TPARAMSX( 1, T )
1 O8 ^" P, G! N% j- O8 q) y- g* N& E#define TTL_TPARAMSX(n,t) TTL_REPEAT(n, TTL_TPARAM, TTL_TPARAM_END, t)
, ?0 d _1 r4 F6 d3 h! Y8 U=> TTL_REPEAT( 1, TTL_TPARAM, TTL_TPARAM_END, T )6 y9 I6 ^( m" \- O+ i ^
#define TTL_TPARAM(n,t) typename t##n,3 [, L9 C i( Z% @! o% }' F
#define TTL_TPARAM_END(n,t) typename t##n0 F& ~7 G' L( ^2 l
#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)
( F2 q! G! G" i/ P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% c9 N* C" r7 e
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,& i; B# ^; M9 l( r2 X
如果没加括号,则不当作宏处理。因此,展开TTL_REPEAT时,应该为:
; k& C! b: h9 u3 b) o=> TTL_APPEND( TTL_REPEAT_, TTL_DEC(1))(TTL_TPARAM,TTL_TPARAM_END,T) TTL_APPEND( TTL_LAST_REPEAT_,1)(
& P$ O. `3 n1 k) @( R6 I* \TTL_TPARAM_END,T)
, ~9 w. N$ o. e6 W6 P/ B这个宏体看起来很复杂,仔细分析下,可以分为两部分:
, x" a2 l* B, g) g8 a* mTTL_APPEND( TTL_REPEAT_, TTL_DEC(1))(TTL_TPARAM,TTL_TPARAM_END,T)以及# [/ s; N' T( f. H4 y9 X
TTL_APPEND( TTL_LAST_REPEAT_,1)(TTL_TPARAM_END,T)
& ]5 }$ ]' n# s% I; ]$ ]8 f先分析第一部分:
. L& B* h! e1 ^5 v5 K/ J! Q#define TTL_APPEND( x, y ) TTL_APPEND1(x,y) //先展开x,y再将x,y连接起来
( z9 a# i6 `; @$ S#define TTL_APPEND1( x, y ) x ## y
) ]% h6 `" `- J6 D- \7 v/ e* g#define TTL_DEC(n) TTL_APPEND(TTL_CNTDEC_, n)& M$ b& y- K# ~8 e
根据先展开参数的原则,会先展开TTL_DEC(1)/ [% Z) n0 ^/ A) X
=> TTL_APPEND(TTL_CNTDEC_,1) => TTL_CNTDEC_1
, w) L4 t& L' M+ l6 c#define TTL_CNTDEC_1 0 注意,TTL_CNTDEC_不是宏,TTL_CNTDEC_1是一个宏。
! R& |' P8 V6 k* [=> 0 , 也就是说,TTL_DEC(1)最终被展开为0。回到TTL_APPEND部分:3 {/ V. E* \ ^3 \% y3 L$ h
=> TTL_REPEAT_0 (TTL_TPARAM,TTL_TPARAM_END,T)# R! ]2 W/ e! |, k5 }" Q
#define TTL_REPEAT_0(m,l,p)
& J; y! @; m" w# i' C0 t1 A+ ZTTL_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:8 n' H: L- @$ H
TTL_APPEND( TTL_LAST_REPEAT_,1)(TTL_TPARAM_END,T)3 Q7 u+ J2 ?4 V4 f5 E0 k
=> TTL_LAST_REPEAT_1 (TTL_TPARAM_END,T) // TTL_APPEND将TTL_LAST_REPEAT_和1合并起来8 B3 K" K( }* P" d' T
#define TTL_LAST_REPEAT_1(m,p) m(1,p)2 e7 Y0 [( h( Q6 I$ o5 a
=> TTL_TPARAM_END( 1, T )
$ Y2 H- C* h& l( x& P& b. V#define TTL_TPARAM_END(n,t) typename t##n
0 j5 D1 O+ U' |. n=> 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
' F8 X! Z2 a& p: m0 b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。 - e. _, T3 a; E# I5 Z# ^& i
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