本帖最后由 kenson 于 2014-1-6 15:50 编辑 . v. a" R8 X8 i( T/ b4 s
8 t6 Q/ N2 H+ m: D! X! `% \5 a! |+ [C/C++ 宏详解4 F* z# ~6 w* H2 f' y" o8 Z4 K
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; E1 u. ^ V) q5 W
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),$ c) e* ]8 E+ s4 t# M
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
) g1 a, F( V- R; d2 B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:0 R6 |5 A7 E# B) s% \7 Q" y
#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。
% A, J3 ~2 p( A3 P% Q
7 G# L2 s) V4 m& n/ `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
; t( M! x$ d' m* P; O0 F, C6 O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##5 \/ j- K" ?0 s1 A: v) A3 K3 b
#符号把一个符号直接转换为字符串,例如:6 g: y' R1 `" w" G2 a
#define STRING(x) #x& T0 c; b4 S, d
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, _+ s e2 Q& |" {! s9 R' k% a9 ]+ j
直接加上双引号。
. j8 n! D3 u6 d. b8 x* r; {) |##符号会连接两个符号,从而产生新的符号(词法层次),例如:0 k; @) c/ L" _ M1 @ M9 L$ |
#define SIGN( x ) INT_##x: W3 \9 w+ C% s* i8 d
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:/ N0 k3 Q ]6 n: |
#define LOG( format, ... ) printf( format, __VA_ARGS__ )
& O8 b$ I+ @8 K% n# |LOG( "%s %d", str, count );
4 s: @* R2 W. ?; ?7 R__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:! h) p* G1 C1 f# [; v
#define TEST( x ) ( x + TEST( x ) )
+ q3 }; {& R- x) E! Q9 rTEST( 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( z$ L% E; a4 l( R, d" l3 E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)7 P8 @" j3 O- S4 G! N
最终被展开为:1 + TEST( 1) 。 6. 宏参数的prescan,# A! B- I4 m9 m `
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,
6 g+ ]% Z! V. \# u" ?. D3 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:0 Z+ ?' _( k4 v/ H
#define PARAM( x ) x
( C- J1 D* D+ U#define ADDPARAM( x ) INT_##x
; F3 Q+ b$ ]7 G& g( ^PARAM( ADDPARAM( 1 ) );: [ p! Z% i0 u
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。
% W* ^2 z4 h0 B3 L7 h2 T* o5 e6 `$ D% @ z; C
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:
2 n: f. ]& ?; P#define PARAM( x ) #x8 Y% R2 r5 C8 @3 S- k
#define ADDPARAM( x ) INT_##x8 \" j: u; N; B. p: [1 b3 \( W
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:# f) A9 @- C& f; A
#define TO_STRING( x ) TO_STRING1( x )
3 H" [( z5 {! H#define TO_STRING1( x ) #x* h; ?+ W4 q; T# K; {* `
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 F3 a4 ?3 J7 S; m( @1 a
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2 I1 U' d7 m3 L9 c1 w: `
将这个宏作为一般的符号处理(那就是不处理)。
q7 _1 H q, M/ P" T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
; w( b8 y" ?. Y0 @# L7 S) N0 [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 D' L% z; E+ s, p1 M1 U
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。& ~- W6 @1 H2 }- B$ g; X
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) /
. n: i _7 I) d% ktemplate< typename R, TTL_TPARAMS(n) > /1 G8 N. Q1 ~6 J
struct functor_caller_base##n /
0 E1 O; Q: i0 V& u4 ?///...
3 `, F w% }' M4 c6 ] H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:# d: v, A: R3 Q% P- W) p) ~. S$ b; q" w
template struct functor_caller_base1
" w* `2 Z6 K; Ytemplate struct functor_caller_base2
4 l4 Z- p9 r3 u) Ltemplate struct functor_caller_base3. ^' \3 Y2 x# U1 J! X
///...3 Q2 L$ v) m! i2 _5 v! |/ E$ k4 G
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:
$ `1 k9 m, [: |; z( |6 wtypename T1' o' y6 i6 Y7 K; u$ s' V+ h
typename T1, typename T2( ` \/ }( }2 D$ R
typename T1, typename T2, typename T3( |/ y3 @- M1 ^2 {$ X
///...
$ u( `3 F' [# ^! f9 O8 G$ P/ W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,
* v. T2 V- D4 }% m0 w, |$ B; w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)
: O+ ~0 `3 h' B+ C3 P c=> TTL_TPARAMSX( 1, T )5 b1 _# }/ l7 X' i; `$ h
#define TTL_TPARAMSX(n,t) TTL_REPEAT(n, TTL_TPARAM, TTL_TPARAM_END, t)* }+ @2 Z, m' V: S
=> TTL_REPEAT( 1, TTL_TPARAM, TTL_TPARAM_END, T )* p- T* ?" L% H! H" s( a
#define TTL_TPARAM(n,t) typename t##n,
% [6 A, U- S9 L: i#define TTL_TPARAM_END(n,t) typename t##n$ r1 m a! o8 N! M# ]
#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)
$ {8 M# V! x. a& P" b0 y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
/ V# F( l3 j& |( ?' D H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,. n0 Z/ C. }' w
如果没加括号,则不当作宏处理。因此,展开TTL_REPEAT时,应该为:
- v$ I2 o. R6 _: k=> TTL_APPEND( TTL_REPEAT_, TTL_DEC(1))(TTL_TPARAM,TTL_TPARAM_END,T) TTL_APPEND( TTL_LAST_REPEAT_,1)(* i# o: c, n- ~- v
TTL_TPARAM_END,T)
' u0 d( {0 E( l这个宏体看起来很复杂,仔细分析下,可以分为两部分:- m6 T, T" M9 r" Z, \
TTL_APPEND( TTL_REPEAT_, TTL_DEC(1))(TTL_TPARAM,TTL_TPARAM_END,T)以及
, G3 f: U0 Z: m" }: fTTL_APPEND( TTL_LAST_REPEAT_,1)(TTL_TPARAM_END,T)7 r8 y2 i n' r. K& u& Q
先分析第一部分:
" Y) D( v$ _: Y' m0 A# d4 ^#define TTL_APPEND( x, y ) TTL_APPEND1(x,y) //先展开x,y再将x,y连接起来
; Y) K n% h! p0 y+ J( d" \8 V#define TTL_APPEND1( x, y ) x ## y
' N, r" ]$ O/ r#define TTL_DEC(n) TTL_APPEND(TTL_CNTDEC_, n)
6 M7 s$ ~) W5 j根据先展开参数的原则,会先展开TTL_DEC(1)
5 `& n. b/ R* Z9 M1 b=> TTL_APPEND(TTL_CNTDEC_,1) => TTL_CNTDEC_1& p; f3 F, p/ F8 F- |/ f
#define TTL_CNTDEC_1 0 注意,TTL_CNTDEC_不是宏,TTL_CNTDEC_1是一个宏。' f6 W7 V' l, s# q
=> 0 , 也就是说,TTL_DEC(1)最终被展开为0。回到TTL_APPEND部分:! P2 e* }) a/ m7 K- }- F% T
=> TTL_REPEAT_0 (TTL_TPARAM,TTL_TPARAM_END,T)
) o( T/ q$ D# n/ j#define TTL_REPEAT_0(m,l,p)
9 B3 Y8 L! \, h9 a) fTTL_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:' T! \( }! z; @/ ^$ n
TTL_APPEND( TTL_LAST_REPEAT_,1)(TTL_TPARAM_END,T)
3 M8 T; B, y* Z0 a, x=> TTL_LAST_REPEAT_1 (TTL_TPARAM_END,T) // TTL_APPEND将TTL_LAST_REPEAT_和1合并起来
8 H: b1 n* X% p8 F1 |#define TTL_LAST_REPEAT_1(m,p) m(1,p). ?6 ~1 m" |8 A2 H8 D; i5 l" Q
=> TTL_TPARAM_END( 1, T )
1 D0 z# `3 R/ E5 ~#define TTL_TPARAM_END(n,t) typename t##n' M! y* {3 h0 o; D" x
=> 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1 h5 J% b9 d3 ~" U6 h. A0 c
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。 7 m r) c6 @& u) J o: I; ?
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