眾多C++書籍都忠告我們C語言宏是萬惡之首,但事情總不如我們想象的那么壞,就如同goto一樣。宏有一個很大的作用,就是自動為我們產生代碼。如果說模板
眾多C++書籍都忠告我們C語言宏是萬惡之首,但事情總不如我們想象的那么壞,就如同goto一樣。宏有
一個很大的作用,就是自動為我們產生代碼。如果說模板可以為我們產生各種型別的代碼(型別替換),
那么宏其實可以為我們在符號上產生新的代碼(即符號替換、增加)。
關于宏的一些語法問題,可以在google上找到。相信我,你對于宏的了解絕對沒你想象的那么多。如果你
還不知道#和##,也不知道prescan,那么你肯定對宏的了解不夠。
我稍微講解下宏的一些語法問題(說語法問題似乎不妥,macro只與preprocessor有關,跟語義分析又無關):
1. 宏可以像函數一樣被定義,例如:
#define min(x,y) (x 但是在實際使用時,只有當寫上min(),必須加括號,min才會被作為宏展開,否則不做任何處理。
2. 如果宏需要參數,你可以不傳,編譯器會給你警告(宏參數不夠),但是這會導致錯誤。如C++書籍中所描
述的,編譯器(預處理器)對宏的語法檢查不夠,所以更多的檢查性工作得你自己來做。
3. 很多程序員不知道的#和##
#符號把一個符號直接轉換為字符串,例如:
#define STRING(x) #x
const char *str = STRING( test_string ); str的內容就是"test_string",也就是說#會把其后的符號
直接加上雙引號。
##符號會連接兩個符號,從而產生新的符號(詞法層次),例如:
#define SIGN( x ) INT_##x
int SIGN( 1 ); 宏被展開后將成為:int INT_1;
4. 變參宏,這個比較酷,它使得你可以定義類似的宏:
#define LOG( format, ... ) printf( format, __VA_ARGS__ )
LOG( "%s %d", str, count );
__VA_ARGS__是系統預定義宏,被自動替換為參數列表。
5. 當一個宏自己調用自己時,會發生什么?例如:
#define TEST( x ) ( x + TEST( x ) )
TEST( 1 ); 會發生什么?為了防止無限制遞歸展開,語法規定,當一個宏遇到自己時,就停止展開,也就是
說,當對TEST( 1 )進行展開時,展開過程中又發現了一個TEST,那么就將這個TEST當作一般的符號。TEST(1)
最終被展開為:1 + TEST( 1) 。
6. 宏參數的prescan,
當一個宏參數被放進宏體時,這個宏參數會首先被全部展開(有例外,見下文)。當展開后的宏參數被放進宏體時,
預處理器對新展開的宏體進行第二次掃描,并繼續展開。例如:
#define PARAM( x ) x
#define ADDPARAM( x ) INT_##x
PARAM( ADDPARAM( 1 ) );
因為ADDPARAM( 1 ) 是作為PARAM的宏參數,所以先將ADDPARAM( 1 )展開為INT_1,然后再將INT_1放進PARAM。
例外情況是,如果PARAM宏里對宏參數使用了#或##,那么宏參數不會被展開:
#define PARAM( x ) #x
#define ADDPARAM( x ) INT_##x
PARAM( ADDPARAM( 1 ) ); 將被展開為"ADDPARAM( 1 )"。
使用這么一個規則,可以創建一個很有趣的技術:打印出一個宏被展開后的樣子,這樣可以方便你分析代碼:
#define TO_STRING( x ) TO_STRING1( x )
#define TO_STRING1( x ) #x
TO_STRING首先會將x全部展開(如果x也是一個宏的話),然后再傳給TO_STRING1轉換為字符串,現在你可以這樣:
const char *str = TO_STRING( PARAM( ADDPARAM( 1 ) ) );去一探PARAM展開后的樣子。
7. 一個很重要的補充:就像我在第一點說的那樣,如果一個像函數的宏在使用時沒有出現括號,那么預處理器只是
將這個宏作為一般的符號處理(那就是不處理)。
我們來見識一下宏是如何幫助我們自動產生代碼的。如我所說,宏是在符號層次產生代碼。我在分析Boost.
模塊時,因為它使用了大量的宏(宏嵌套,再嵌套),導致我壓根沒看明白代碼。后來發現了一個小型的模板庫ttl,說的
是開發一些小型組件去取代部分Boost(這是一個好理由,因為Boost確實太大)。同樣,這個庫也包含了一個庫。
這里的也就是我之前提到的functor。ttl.庫里為了自動產生很多類似的代碼,使用了一個宏:
#define TTL_FUNC_BUILD_FUNCTOR_CALLER(n) /
template< typename R, TTL_TPARAMS(n) > /
struct functor_caller_base##n /
///...
該宏的最終目的是:通過類似于TTL_FUNC_BUILD_FUNCTOR_CALLER(1)的調用方式,自動產生很多functor_caller_base模板:
template struct functor_caller_base1
template struct functor_caller_base2
template struct functor_caller_base3
///...
那么,核心部分在于TTL_TPARAMS(n)這個宏,可以看出這個宏最終產生的是:
typename T1
typename T1, typename T2
typename T1, typename T2, typename T3
///...
我們不妨分析TTL_TPARAMS(n)的整個過程。分析宏主要把握我以上提到的一些要點即可。以下過程我建議你翻著ttl的代碼,
相關代碼文件:.hpp, macro_params.hpp, macro_repeat.hpp, macro_misc.hpp, macro_counter.hpp。
so, here we go
分析過程,逐層分析,逐層展開,例如TTL_TPARAMS(1):
#define TTL_TPARAMS(n) TTL_TPARAMSX(n,T)
=> TTL_TPARAMSX( 1, T )
#define TTL_TPARAMSX(n,t) TTL_REPEAT(n, TTL_TPARAM, TTL_TPARAM_END, t)
=> TTL_REPEAT( 1, TTL_TPARAM, TTL_TPARAM_END, T )
#define TTL_TPARAM(n,t) typename t##n,
#define TTL_TPARAM_END(n,t) typename t##n
#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)
注意,TTL_TPARAM, TTL_TPARAM_END雖然也是兩個宏,他們被作為TTL_REPEAT宏的參數,按照prescan規則,似乎應該先將
這兩個宏展開再傳給TTL_REPEAT。但是,如同我在前面重點提到的,這兩個宏是-like macro,使用時需要加括號,
如果沒加括號,則不當作宏處理。因此,展開TTL_REPEAT時,應該為:
=> TTL_APPEND( TTL_REPEAT_, TTL_DEC(1))(TTL_TPARAM,TTL_TPARAM_END,T) TTL_APPEND( TTL_LAST_REPEAT_,1)(
TTL_TPARAM_END,T)
這個宏體看起來很復雜,仔細分析下,可以分為兩部分:
TTL_APPEND( TTL_REPEAT_, TTL_DEC(1))(TTL_TPARAM,TTL_TPARAM_END,T)以及
TTL_APPEND( TTL_LAST_REPEAT_,1)(TTL_TPARAM_END,T)
先分析第一部分:
#define TTL_APPEND( x, y ) TTL_APPEND1(x,y) //先展開x,y再將x,y連接起來
#define TTL_APPEND1( x, y ) x ## y
#define TTL_DEC(n) TTL_APPEND(TTL_CNTDEC_, n)
根據先展開參數的原則,會先展開TTL_DEC(1)
=> TTL_APPEND(TTL_CNTDEC_,1) => TTL_CNTDEC_1
#define TTL_CNTDEC_1 0 注意,TTL_CNTDEC_不是宏,TTL_CNTDEC_1是一個宏。
=> 0 , 也就是說,TTL_DEC(1)最終被展開為0。回到TTL_APPEND部分:
=> TTL_REPEAT_0 (TTL_TPARAM,TTL_TPARAM_END,T)
#define TTL_REPEAT_0(m,l,p)
TTL_REPEAT_0這個宏為空,那么,上面說的第一部分被忽略,現在只剩下第二部分:
TTL_APPEND( TTL_LAST_REPEAT_,1)(TTL_TPARAM_END,T)
=> TTL_LAST_REPEAT_1 (TTL_TPARAM_END,T) // TTL_APPEND將TTL_LAST_REPEAT_和1合并起來
#define TTL_LAST_REPEAT_1(m,p) m(1,p)
=> TTL_TPARAM_END( 1, T )
#define TTL_TPARAM_END(n,t) typename t##n
=> typename T1 展開完畢。
雖然我們分析出來了,但是這其實并不是我們想要的。我們應該從那些宏里去獲取作者關于宏的編程思想。很好地使用宏
看上去似乎是一些偏門的奇技淫巧,但是他確實可以讓我們編碼更自動化。
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