本帖最后由 kenson 于 2014-1-6 15:50 编辑 1 `7 f, ~3 Z* B4 [5 t- J% B
7 N/ e# l( d# F% }
C/C++ 宏详解' x( s$ J$ q" X( T4 V8 t
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
5 N, B2 P. s2 `1 z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),
* w* K6 @& w3 ^) D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" t n f2 _4 g0 k$ Z
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:% q) A8 q* u6 r1 c& z1 z0 w; ]' N, |2 a
#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。0 m# b2 Y+ \' n! x
e( o" s2 Y# G
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* F5 x' E2 K) ~& G: e
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##: B, | G# D9 J6 I1 Q6 Z. x
#符号把一个符号直接转换为字符串,例如:7 X- X+ k) b5 ?, y B( ]
#define STRING(x) #x9 c2 a! {' y2 P/ e2 K7 r
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
% s8 X5 ^$ S# L+ w5 d2 n8 Q直接加上双引号。
: R( V0 Z3 ]. s& ]( Q4 T##符号会连接两个符号,从而产生新的符号(词法层次),例如:, l7 {& o3 j8 G: [& _5 S
#define SIGN( x ) INT_##x0 Z- a; g! v2 R* K2 s7 G% C7 F7 x
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:, |0 p# W/ u+ _ a( `4 H" P
#define LOG( format, ... ) printf( format, __VA_ARGS__ )4 @, g* A& s7 k/ R7 i1 }2 b1 j
LOG( "%s %d", str, count );
$ |: w% Z A% d; C- e, n__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:/ J/ P! F) r4 ^4 [2 K4 O0 ^
#define TEST( x ) ( x + TEST( x ) )- J( u" x# G7 ?' k5 Z$ n
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 v: w; w; D) P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)" b5 `# y! c* `( J
最终被展开为:1 + TEST( 1) 。 6. 宏参数的prescan,
* G, s* _! v. n- @2 }. [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,
2 y% S1 r" u8 D7 X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:; ]) m8 A# v. H( E* K1 {# L
#define PARAM( x ) x
0 O2 t3 h5 F3 q# f#define ADDPARAM( x ) INT_##x- d& _/ Q# e6 X7 G) p4 U
PARAM( ADDPARAM( 1 ) );
7 e+ V' W, o4 |/ A. ~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。2 l* X9 h# l. U) o9 [, W
8 v l6 V! m0 x. d5 W
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:
7 {- {2 x( Q7 E#define PARAM( x ) #x
7 o7 {7 N8 h3 _* b X) ^3 k0 |- W#define ADDPARAM( x ) INT_##x& a6 T+ `) p! N$ H0 E" S+ r* K
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:/ i# M. v3 a' @: z8 r8 n5 D
#define TO_STRING( x ) TO_STRING1( x )
7 J2 @* M3 n9 ]# U R#define TO_STRING1( x ) #x9 h, a) Q% g+ _
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:$ n' M/ v1 ]# m+ \7 r
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) ~9 P( f' ?2 B4 H% a7 h
将这个宏作为一般的符号处理(那就是不处理)。 7 }9 t5 B& P; I0 L
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
' }9 g7 K$ A' a0 l' @! C* P$ ^% M& E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( y5 l8 P. q% 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。
4 l3 L! N' L& j: k- j+ y0 }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) /
# V2 P$ o" d5 B0 D+ k4 [template< typename R, TTL_TPARAMS(n) > /* T' i( H. d; t1 O! o8 I0 ]
struct functor_caller_base##n /! z( i1 _( J4 z! s3 i9 ^; O$ d
///.../ u3 `( z1 F( ]: B7 R
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:
6 b4 F0 U# V, A `template struct functor_caller_base1
4 R+ ?* \ F- |& ~7 A# ytemplate struct functor_caller_base2
2 i7 D0 L( x# @3 dtemplate struct functor_caller_base3* w }0 W0 u+ q% _+ ^
///...
/ _$ W' [) [1 p/ U% X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:% u( D# l; ]$ X, K3 D, h- z
typename T13 E5 M2 D5 J- y a! f. R1 x6 |/ E U* c
typename T1, typename T2
8 r$ ^- X" O6 W# H8 |# `' O- Atypename T1, typename T2, typename T3: N9 G2 M/ W6 |! c2 C
///...2 p0 k: Z5 F7 {1 W! `- Y9 Q; X; x3 U7 Z
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,
7 S. X: r1 Q- M* R& N0 P- 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) : P, P a5 C$ T( }, ^/ g7 d! r
=> TTL_TPARAMSX( 1, T )
: Z. v y1 J# X: i; I#define TTL_TPARAMSX(n,t) TTL_REPEAT(n, TTL_TPARAM, TTL_TPARAM_END, t), Q! r! Q- H4 I3 v; n9 q! f
=> TTL_REPEAT( 1, TTL_TPARAM, TTL_TPARAM_END, T )0 s, z. c& A% o4 ]6 G
#define TTL_TPARAM(n,t) typename t##n,0 i* G+ Y( T, n: P
#define TTL_TPARAM_END(n,t) typename t##n( b9 w3 Q5 p; F4 A
#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 D; y" O5 ?5 E7 v) Q( t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
$ _3 W$ ^( F! U& v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 Q4 A# U9 u; Q7 x2 h8 p
如果没加括号,则不当作宏处理。因此,展开TTL_REPEAT时,应该为:- e. p# ]1 B' Q: K* c- x w8 z% p# p
=> TTL_APPEND( TTL_REPEAT_, TTL_DEC(1))(TTL_TPARAM,TTL_TPARAM_END,T) TTL_APPEND( TTL_LAST_REPEAT_,1)(
8 a4 B, j; r" ~3 X( O) F8 cTTL_TPARAM_END,T)
$ k' l7 z3 B9 x9 b. h+ h/ z/ V9 G这个宏体看起来很复杂,仔细分析下,可以分为两部分:
7 A* V0 v/ y G5 K, G3 h# {$ }) ^; cTTL_APPEND( TTL_REPEAT_, TTL_DEC(1))(TTL_TPARAM,TTL_TPARAM_END,T)以及
' t6 h3 v S& ^3 c2 qTTL_APPEND( TTL_LAST_REPEAT_,1)(TTL_TPARAM_END,T)
) p6 S1 a8 S) I/ C先分析第一部分:
. @! e3 r+ P: U: U#define TTL_APPEND( x, y ) TTL_APPEND1(x,y) //先展开x,y再将x,y连接起来) g. v- r6 N- S; i; Y1 o9 T- l
#define TTL_APPEND1( x, y ) x ## y8 M; P1 [- c, F- O* s7 J+ B8 {* L
#define TTL_DEC(n) TTL_APPEND(TTL_CNTDEC_, n)9 j! u, N$ J; ], G) Z! B! T5 h ~: W
根据先展开参数的原则,会先展开TTL_DEC(1)8 G' z+ |' r4 b, p4 }; n* `
=> TTL_APPEND(TTL_CNTDEC_,1) => TTL_CNTDEC_14 ` r+ }2 Y% s
#define TTL_CNTDEC_1 0 注意,TTL_CNTDEC_不是宏,TTL_CNTDEC_1是一个宏。" Y) Y( @9 i( S9 O
=> 0 , 也就是说,TTL_DEC(1)最终被展开为0。回到TTL_APPEND部分:2 d) C: G$ r$ _/ j! U
=> TTL_REPEAT_0 (TTL_TPARAM,TTL_TPARAM_END,T)6 E8 h5 i/ j- U( d7 H R% m1 }, H/ a) n
#define TTL_REPEAT_0(m,l,p)
2 n- o" p3 p# y' yTTL_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:
! X% R4 j& D7 n# i. p8 pTTL_APPEND( TTL_LAST_REPEAT_,1)(TTL_TPARAM_END,T)* r; m% T' [8 q
=> TTL_LAST_REPEAT_1 (TTL_TPARAM_END,T) // TTL_APPEND将TTL_LAST_REPEAT_和1合并起来+ s* [" J3 `! V1 V9 U' Y
#define TTL_LAST_REPEAT_1(m,p) m(1,p)
5 @. V" U6 M1 `5 D$ [% D" E$ s=> TTL_TPARAM_END( 1, T ): L& ` A6 t# ~
#define TTL_TPARAM_END(n,t) typename t##n
. a8 u3 T9 {" n2 J# U1 G5 q$ ~$ p=> 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3 N" i5 x4 ]( X! D* Q9 K! P
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 t6 L2 z( \2 p( f) Y: K* e% K7 ]* f |