phantomshuttle 博客
C/C++ 宏编程的艺术 X Macro 编程技巧

介绍宏编程之前，先聊聊调试的问题。

很多人因为 “宏编程” 无法调试，而直接 “从入门到放弃” —— 不经意的 符号拼写错误、参数个数错误，导致文本 不能正确替换，从而带来 满屏的编译错误，最后 难以定位 问题所在 ——

  • 最坏的情况下，编译器 只会告诉你 cpp 文件 编译时出现 语法错误
  • 最好的情况下，编译器 可能告诉你 XXX 宏 展开结果里包含 语法错误
  • 而永远 不会告诉你 是因为 XXX 宏展开成什么样，导致 YYY 宏展开失败
  • 最后 只能看到 ZZZ 宏展开错误 😐

由于宏代码会 在编译前全部展开，我们可以：

  • 让编译器 仅输出预处理结果
    • gcc -E 让编译器 在预处理结束后停止，不进行 编译、链接
    • gcc -P 屏蔽编译器 输出预处理结果的 行标记 (linemarker)，减少干扰
    • 另外，由于输出结果没有格式化，建议先传给 clang-format 格式化后再输出
  • 屏蔽 无关的 头文件
    • 临时删掉 不影响宏展开的 #include 行
    • 避免多余的 引用展开，导致实际关注的宏代码 “被淹没”

于是，展开错误一目了然（很容易发现 _REMOVE_PARENS_IMPL 的展开错误）

https://phantomshuttle.com/wp-content/uploads/2023/11/debug-macro.png
宏错误时候的样子

在keil里可以打开预处理器的输出 然后去相应的文件夹里看”.i”文件后缀的文件 即为宏完全展开的样子

https://phantomshuttle.com/wp-content/uploads/2023/11/image-1.png
keil里打开预处理文件输出

特殊符号

和模板元编程不一样，宏编程 没有类型 的概念，输入和输出都是 符号 —— 不涉及编译时的 C++ 语法，只进行编译前的 文本替换：

  • 一个 宏参数 是一个任意的 符号序列 (token sequence)，不同宏参数之间 用逗号分隔
  • 每个参数可以是 空序列，且空白字符会被忽略（例如 a + 1 和 a+1 相同）
  • 在一个参数内，不能出现 逗号 (comma) 或 不配对的 括号 (parenthesis)（例如 FOO(bool, std::pair<int, int>) 被认为是 FOO() 有三个参数：bool / std::pair<int / int>）

如果需要把 std::pair<int, int> 作为一个参数，一种方法是使用 C++ 的 类型别名 (type alias)（例如 using IntPair = std::pair<int, int>;），避免 参数中出现逗号（即 FOO(bool, IntPair) 只有两个参数）。

更通用的方法是使用 括号对 封装每个参数（下文称为 元组），并在最终展开时 移除括号（元组解包）即可：

#define PP_REMOVE_PARENS(T) PP_REMOVE_PARENS_IMPL T
#define PP_REMOVE_PARENS_IMPL(...) __VA_ARGS__

#define FOO(A, B) int foo(A x, B y)
#define BAR(A, B) FOO(PP_REMOVE_PARENS(A), PP_REMOVE_PARENS(B))

FOO(bool, IntPair)                  // -> int foo(bool x, IntPair y)
BAR((bool), (std::pair<int, int>))  // -> int foo(bool x, std::pair<int, int> y)
  • PP_REMOVE_PARENS(T) 展开为 PP_REMOVE_PARENS_IMPL T 的形式
  • 如果参数 T 是一个 括号对，那么展开结果会变成 调用宏函数 PP_REMOVE_PARENS_IMPL (...) 的形式
  • 接着，PP_REMOVE_PARENS_IMPL(...) 再展开为参数本身 __VA_ARGS__（下文提到的 变长参数），即元组 T 的内容

另外，常用宏函数 代替 特殊符号，用于下文提到的 惰性求值：

#define PP_COMMA() ,
#define PP_LPAREN() (
#define PP_RPAREN() )
#define PP_EMPTY()

符号拼接

在宏编程中，拼接标识符 (identifier concatenation / token pasting) 通过 ## 将宏函数的参数 拼接成其他符号，再进一步 展开为目标结果，是宏编程的 实现基础。

然而，如果一个 宏参数 用于 拼接标识符（或 获取字面量），那么它不会被展开（例如 BAR() 在拼接前不会展开为 bar）：

#define FOO(SYMBOL) foo_ ## SYMBOL
#define BAR() bar

FOO(bar)    // -> foo_bar
FOO(BAR())  // -> foo_BAR()

一种通用的方法是 延迟拼接操作（或 延迟 获取字面量 操作）：

#define PP_CONCAT(A, B) PP_CONCAT_IMPL(A, B)
#define PP_CONCAT_IMPL(A, B) A##B

#define FOO(N) PP_CONCAT(foo_, N)

FOO(bar)    // -> foo_bar
FOO(BAR())  // -> foo_bar
  • 在进入宏函数前，所有 宏参数 会先进行一次 预扫描 (prescan)，完全展开 未用于 拼接标识符 或 获取字面量 的所有参数
  • 在宏函数展开时，用（预扫描展开后的）参数替换 展开目标里的 同名符号
  • 在宏函数展开后，替换后的文本会进行 二次扫描 (scan twice)，继续展开 结果里出现的宏
  • 所以，PP_CONCAT() 先展开参数，再传递给 PP_CONCAT_IMPL() 进行 实际拼接

延伸阅读：使用 C++ 宏嵌套实现窄字符转换为宽字符 by bingoli 提到了 Win32 的 TEXT() 宏 的原理。

另外，在 预扫描前后，宏函数都要求 参数个数必须匹配，否则无法展开：

PP_CONCAT(x PP_COMMA() y)  // too few arguments (before prescan)
PP_CONCAT(x, PP_COMMA())   // too many arguments (after prescan)
  • 预扫描前，x PP_COMMA() y 是一个参数
  • 预扫描后，x, PP_COMMA() 是三个参数

自增自减

借助 PP_CONCAT()，我们可以实现 非负整数增减（即 INC(N) = N + 1 / DEC(N) = N - 1）：

#define PP_INC(N) PP_CONCAT(PP_INC_, N)
#define PP_INC_0 1
#define PP_INC_1 2
// ...
#define PP_INC_254 255
#define PP_INC_255 256

#define PP_DEC(N) PP_CONCAT(PP_DEC_, N)
#define PP_DEC_256 255
#define PP_DEC_255 254
// ...
#define PP_DEC_2 1
#define PP_DEC_1 0

PP_INC(1)    // -> 2
PP_DEC(2)    // -> 1
PP_INC(256)  // -> PP_INC_256 (overflow)
PP_DEC(0)    // -> PP_DEC_0  (underflow)
  • PP_INC(N)/PP_DEC(N) 先展开为 PP_INC_N/PP_DEC_N，再经过 二次扫描 展开为对应数值 N + 1/N - 1 的符号
  • 但上述操作有上限，若超出则无法继续展开（例如 BOOST_PP 数值操作的上限是 256）

逻辑运算

借助 PP_CONCAT()，我们可以实现 布尔类型（0 和 1）的 逻辑运算（与/或/非/异或/同或）：

#define PP_NOT(N) PP_CONCAT(PP_NOT_, N)
#define PP_NOT_0 1
#define PP_NOT_1 0

#define PP_AND(A, B) PP_CONCAT(PP_AND_, PP_CONCAT(A, B))
#define PP_AND_00 0
#define PP_AND_01 0
#define PP_AND_10 0
#define PP_AND_11 1

PP_AND(PP_NOT(0), 1)  // -> 1
PP_AND(PP_NOT(2), 0)  // -> PP_AND_PP_NOT_20
  • 原理和 PP_INC()/PP_DEC() 类似（符号拼接 + 二次展开）
  • 但上述操作不支持 非负整数 的通用逻辑运算（仅支持 0 和 1）
    • 如果通过定义 PP_NOT_2 来支持 PP_NOT(2)，宏代码会急剧膨胀
    • 一元运算 PP_NOT() 需要考虑 �N 种组合
    • 二元运算 PP_AND() 则要考虑 �2N2 种组合

布尔转换

为了支持更通用的 非负整数 的逻辑运算，可以先 将整数 转换成 布尔类型，而不是扩展 布尔类型 的逻辑运算：

#define PP_BOOL(N) PP_CONCAT(PP_BOOL_, N)
#define PP_BOOL_0 0
#define PP_BOOL_1 1
#define PP_BOOL_2 1
// ...

PP_AND(PP_NOT(PP_BOOL(2)), PP_BOOL(0))  // -> 0
PP_NOT(PP_BOOL(1000))                   // -> PP_NOT_PP_BOOL_1000
  • 原理和 PP_INC()/PP_DEC() 类似（符号拼接 + 二次展开）
  • 同理，上述操作也有上限，若超出则无法继续展开

条件选择

借助 PP_CONCAT() 和 PP_BOOL()，我们可以实现通用的 条件选择 表达式（PRED ? THEN : ELSE，其中 PRED 可以是 任意非负整数）：

#define PP_IF(PRED, THEN, ELSE) PP_CONCAT(PP_IF_, PP_BOOL(PRED))(THEN, ELSE)
#define PP_IF_1(THEN, ELSE) THEN
#define PP_IF_0(THEN, ELSE) ELSE

#define DEC_SAFE(N) PP_IF(N, PP_DEC(N), 0)

DEC_SAFE(2)  // -> 1
DEC_SAFE(1)  // -> 0
DEC_SAFE(0)  // -> 0
  • PP_IF() 先会根据转换后的条件 PP_BOOL(PRED) 选择 PP_IF_1 或 PP_IF_0 符号
  • PP_IF_1()/PP_IF_0() 接受相同的参数，但分别展开为 THEN 或 ELSE 参数

惰性求值

需要注意 PP_IF() 的参数会在 预扫描 阶段被完全展开（例如 PP_COMMA() 会被立即展开为逗号，导致参数个数错误）：

#define PP_COMMA_IF(N) PP_IF(N, PP_COMMA(), PP_EMPTY())

PP_COMMA_IF(1)  // -> PP_IF(1, , , ) (too many arguments after prescan)

常用的技巧是 惰性求值 (lazy evaluation)，即 条件选择先 返回宏函数，再传递参数 延迟调用：

#define PP_COMMA_IF(N) PP_IF(N, PP_COMMA, PP_EMPTY)()

PP_COMMA_IF(0)  // (empty)
PP_COMMA_IF(1)  // -> ,
PP_COMMA_IF(2)  // -> ,

#define SURROUND(N) PP_IF(N, PP_LPAREN, [ PP_EMPTY)() \
                    N                                 \
                    PP_IF(N, PP_RPAREN, ] PP_EMPTY)()

SURROUND(0)  // -> [0]
SURROUND(1)  // -> (1)
SURROUND(2)  // -> (2)
  • PP_COMMA_IF() 先借助 PP_IF() 返回 PP_COMMA 或 PP_EMPTY 符号
  • PP_COMMA/PP_EMPTY 和后边的括号对 组成 PP_COMMA()/PP_EMPTY()，再继续展开为 逗号 或 空
  • 如果需要展开为 其他符号 SYMBOL，可以使用 SYMBOL PP_EMPTY 作为参数，和后边的括号对 组成 PP_EMPTY()（例如 SURROUND() 使用的 [ 和 ]）

变长参数

从 C++ 11 开始，宏函数支持了 变长参数 ...，接受任意个 宏参数（用逗号分隔）：

  • 传入的变长参数可以用 __VA_ARGS__ 获取（也可以通过 #__VA_ARGS__ 获取 逗号+空格分隔 的参数字面量）
  • 另外，允许传递 空参数，即 __VA_ARGS__ 替换为空

对于空参数，展开时需要处理 多余逗号 的问题：

#define log(format, ...) printf("LOG: " format, __VA_ARGS__)

log("%d%f", 1, .2);    // -> printf("LOG: %d%f", 1, .2);
log("hello world");    // -> printf("LOG: hello world", );
log("hello world", );  // -> printf("LOG: hello world", );
  • 后两种调用 分别对应 不传变长参数、变长参数为空 的情况
  • 展开结果会 多出一个逗号，导致 C/C++ 编译错误（而不是 宏展开错误）

为了解决这个问题，一些编译器（例如 gcc/clang）扩展了 , ## __VA_ARGS__ 的用法 —— 如果 不传变长参数，则省略前面的逗号：

#define log(format, ...) printf("LOG: " format, ## __VA_ARGS__)

log("%d%f", 1, .2);    // -> printf("LOG: %d%f", 1, .2);
log("hello world");    // -> printf("LOG: hello world");
log("hello world", );  // -> printf("LOG: hello world", );

为了进一步处理 变长参数为空 的情况，C++ 20 引入了 __VA_OPT__ 标识符 —— 如果变长参数是空参数，不展开该符号（不仅限于逗号）：

#define log(format, ...) printf("LOG: " format __VA_OPT__(,) __VA_ARGS__)

log("%d%f", 1, .2);    // -> printf("LOG: %d%f", 1, .2);
log("hello world");    // -> printf("LOG: hello world");
log("hello world", );  // -> printf("LOG: hello world");

下文将借助 长度判空 和 遍历访问，实现 __VA_OPT__(,) 的功能。

下标访问

借助 PP_CONCAT()，我们可以通过 下标访问 变长参数的 特定元素：

#define PP_GET_N(N, ...) PP_CONCAT(PP_GET_N_, N)(__VA_ARGS__)
#define PP_GET_N_0(_0, ...) _0
#define PP_GET_N_1(_0, _1, ...) _1
#define PP_GET_N_2(_0, _1, _2, ...) _2
// ...
#define PP_GET_N_8(_0, _1, _2, _3, _4, _5, _6, _7, _8, ...) _8

PP_GET_N(0, foo, bar)  // -> foo
PP_GET_N(1, foo, bar)  // -> bar
  • PP_GET_N() 的参数分为两部分：下标 N 和 变长参数 ...
  • 先通过 PP_CONCAT() 选择下标 I（从 0 开始）对应的 PP_GET_N_I 符号
  • PP_GET_N_I() 接受至少 I + 1 个参数（其余的参数是变长参数），并返回第 I + 1 个参数（其余的变长参数直接丢弃）

借助 PP_REMOVE_PARENS()，我们还可以通过 下标访问 元组 的特定元素：

#define PP_GET_TUPLE(N, T) PP_GET_N(N, PP_REMOVE_PARENS(T))

PP_GET_TUPLE(0, (foo, bar))  // -> foo
PP_GET_TUPLE(1, (foo, bar))  // -> bar

需要注意 变长参数的 长度必须大于 N，否则无法展开：

#define FOO(P, T) PP_IF(P, PP_GET_TUPLE(1, T), PP_GET_TUPLE(0, T))

FOO(0, (foo, bar))  // -> foo
FOO(1, (foo, bar))  // -> bar
FOO(0, (baz))       // -> PP_GET_N_1(baz) (too few arguments)
  • 对于 P == 0 的情况，FOO() 只返回 T 的第一个元素
  • 但是另一个分支里的 PP_GET_TUPLE(1, T) 仍会被展开，从而要求 T 有至少两个元素

类似的，我们可以借助 惰性求值 避免该问题：

#define FOO(P, T) PP_IF(P, PP_GET_N_1, PP_GET_N_0) T

FOO(0, (foo, bar))  // -> foo
FOO(1, (foo, bar))  // -> bar
FOO(0, (baz))       // -> baz
  • PP_IF() 先返回 PP_GET_N_1 或 PP_GET_N_0 符号
  • 类似 PP_REMOVE_PARENS()，再用 PP_GET_N_I (...) 元组解包
  • 对于 P == 0 的情况，不会展开 PP_GET_N_1() 宏

长度判空

借助 PP_GET_N()，我们可以检查 变长参数是否为空：

#define PP_IS_EMPTY(...)                                      \
  PP_AND(PP_AND(PP_NOT(PP_HAS_COMMA(__VA_ARGS__)),            \
                PP_NOT(PP_HAS_COMMA(__VA_ARGS__()))),         \
         PP_AND(PP_NOT(PP_HAS_COMMA(PP_COMMA_V __VA_ARGS__)), \
                PP_HAS_COMMA(PP_COMMA_V __VA_ARGS__())))
#define PP_HAS_COMMA(...) PP_GET_N_8(__VA_ARGS__, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0)
#define PP_COMMA_V(...) ,

PP_IS_EMPTY()          // -> 1
PP_IS_EMPTY(foo)       // -> 0
PP_IS_EMPTY(foo())     // -> 0
PP_IS_EMPTY(())        // -> 0
PP_IS_EMPTY(()foo)     // -> 0
PP_IS_EMPTY(PP_EMPTY)  // -> 0
PP_IS_EMPTY(PP_COMMA)  // -> 0
PP_IS_EMPTY(, )        // -> 0
PP_IS_EMPTY(foo, bar)  // -> 0
PP_IS_EMPTY(, , , )    // -> 0
  • 先定义两个辅助宏：
    • PP_HAS_COMMA() 用于检查变长参数里 有没有逗号（原理类似下文的 PP_NARG()）
    • PP_COMMA_V() 用于 吃掉 (eat) 变长参数，并返回一个 逗号
  • 如果变长参数为空，需要满足以下条件：
    • PP_COMMA_V __VA_ARGS__() 展开为逗号，即构成 PP_COMMA_V() 的形式
    • __VA_ARGS__、__VA_ARGS__() 和 PP_COMMA_V __VA_ARGS__ 展开结果里 没有逗号，排除对上一个条件的干扰

借助 PP_COMMA_IF() 和 PP_IS_EMPTY()，我们可以实现 C++ 20 的 __VA_OPT__(,) 功能：

#define PP_VA_OPT_COMMA(...) PP_COMMA_IF(PP_NOT(PP_IS_EMPTY(__VA_ARGS__)))
#define log(format, ...) \
  printf("LOG: " format PP_VA_OPT_COMMA(__VA_ARGS__) __VA_ARGS__)

log("%d%f", 1, .2);    // -> printf("LOG: %d%f", 1, .2);
log("hello world");    // -> printf("LOG: hello world");
log("hello world", );  // -> printf("LOG: hello world");

长度计算

借助 PP_GET_N() 和 PP_VA_OPT_COMMA()，我们可以计算 变长参数的个数（长度）：

#define PP_NARG(...)                                                           \
  PP_GET_N(8, __VA_ARGS__ PP_VA_OPT_COMMA(__VA_ARGS__) 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, \
           0)

PP_NARG()          // -> 0
PP_NARG(foo)       // -> 1
PP_NARG(foo())     // -> 1
PP_NARG(())        // -> 1
PP_NARG(()foo)     // -> 1
PP_NARG(PP_EMPTY)  // -> 1
PP_NARG(PP_COMMA)  // -> 1
PP_NARG(, )        // -> 2
PP_NARG(foo, bar)  // -> 2
PP_NARG(, , , )    // -> 4
  • 将 __VA_ARGS__ PP_VA_OPT_COMMA(__VA_ARGS__) 和 8, ..., 0 一起传给 PP_GET_N(8, ...)
  • 如果 __VA_ARGS__ 为空，等价与 PP_GET_N(8, 8, ..., 0)，直接返回 第九个元素 0
  • 如果 __VA_ARGS__ 非空，等价于 PP_GET_N(8, __VA_ARGS__, 8, ..., 0)，变长参数 __VA_ARGS__ 把 8, ..., 0 向后推移，使得返回的 第九个元素 刚好是 __VA_ARGS__ 的参数个数
  • 然而，上述操作有上限（例如 此处支持的最大长度为 8）

另外，这里只能用 PP_GET_N(8, ...)，而不能用 PP_GET_N_8()：

PP_GET_N(0, 1 PP_COMMA() 2)  // -> 1
PP_GET_N_0(1 PP_COMMA() 2)   // -> 1 , 2
  • 如果使用 PP_GET_N_8()，没被展开的 __VA_ARGS__ PP_VA_OPT_COMMA(__VA_ARGS__) 8 会被当成 包含逗号 的 一个参数，而不是 多个参数
  • 而 PP_GET_N() 在把 __VA_ARGS__ 转发给 PP_GET_N_8() 时，会把 上述参数 展开为 多个参数

遍历访问

借助 PP_CONCAT() 和 PP_NARG()，我们可以 遍历 (traverse) 变长参数：

#define PP_FOR_EACH(DO, CTX, ...) \
  PP_CONCAT(PP_FOR_EACH_, PP_NARG(__VA_ARGS__))(DO, CTX, 0, __VA_ARGS__)
#define PP_FOR_EACH_0(DO, CTX, IDX, ...)
#define PP_FOR_EACH_1(DO, CTX, IDX, VAR, ...) DO(VAR, IDX, CTX)
#define PP_FOR_EACH_2(DO, CTX, IDX, VAR, ...) \
  DO(VAR, IDX, CTX)                           \
  PP_FOR_EACH_1(DO, CTX, PP_INC(IDX), __VA_ARGS__)
#define PP_FOR_EACH_3(DO, CTX, IDX, VAR, ...) \
  DO(VAR, IDX, CTX)                           \
  PP_FOR_EACH_2(DO, CTX, PP_INC(IDX), __VA_ARGS__)
// ...

#define DO_EACH(VAR, IDX, CTX) PP_COMMA_IF(IDX) CTX VAR

PP_FOR_EACH(DO_EACH, void, )        // (empty)
PP_FOR_EACH(DO_EACH, int, a, b, c)  // -> int a, int b, int c
PP_FOR_EACH(DO_EACH, bool, x)       // -> bool x
  • PP_FOR_EACH() 的参数分为三部分：元素的转换操作 DO、遍历的上下文参数 CTX 和 变长参数 ...
    • 其中 DO() 接受三个参数：当前元素 VAR、对应下标 IDX 和 遍历的上下文 CTX，并返回元素 VAR 转换后的结果
  • 先通过 PP_CONCAT() 和 PP_NARG() 选择 变长参数长度 对应的 PP_FOR_EACH_I 符号
  • PP_FOR_EACH_I() 的参数分为四部分：元素的转换操作 DO、遍历的上下文参数 CTX、当前元素下标 IDX 和 变长参数 ...
    • 展开为两部分：变长参数 第一个元素 的转换 DO() 和 变长参数 剩余元素 递归调用 I - 1 宏（下标更新为 IDX + 1）
    • 当 I == 0 时，展开为空，递归终止

借助 PP_FOR_EACH() 和 上边的 DO_EACH()（借助其 PP_COMMA_IF()，并忽略 CTX），我们可以实现等效于 PP_VA_OPT_COMMA() 的功能：

#define log(format, ...) \
  printf("LOG: " format PP_FOR_EACH(DO_EACH, , __VA_ARGS__))

log("%d%f", 1, .2);    // -> printf("LOG: %d%f", 1, .2);
log("hello world");    // -> printf("LOG: hello world");
log("hello world", );  // -> printf("LOG: hello world");

另外，如果不需要处理 多余逗号 的问题，也可以用 依赖注入 的方法遍历变长参数（例如 node.js 常用这个技巧展开代码）：

#define VALUE_METHOD_MAP(V) \
  V(External)               \
  V(Date)                   \
  V(ArgumentsObject)        \
  ...

void RegisterTypesExternalReferences(ExternalReferenceRegistry* registry) {
#define V(type) registry->Register(Is##type);
  VALUE_METHOD_MAP(V)
#undef V

  registry->Register(IsAnyArrayBuffer);
  registry->Register(IsBoxedPrimitive);
}

符号匹配

借助 PP_CONCAT() 和 PP_IS_EMPTY()，我们可以 匹配任意的特定符号：

#define PP_IS_SYMBOL(PREFIX, SYMBOL) PP_IS_EMPTY(PP_CONCAT(PREFIX, SYMBOL))
#define IS_VOID_void

PP_IS_SYMBOL(IS_VOID_, void)            // -> 1
PP_IS_SYMBOL(IS_VOID_, )                // -> 0
PP_IS_SYMBOL(IS_VOID_, int)             // -> 0
PP_IS_SYMBOL(IS_VOID_, void*)           // -> 0
PP_IS_SYMBOL(IS_VOID_, void x)          // -> 0
PP_IS_SYMBOL(IS_VOID_, void(int, int))  // -> 0
  • 先定义一个辅助宏 IS_VOID_void：字面量是前缀 IS_VOID_ 和 目标结果 void 的拼接，展开为空
  • 再通过 PP_CONCAT(PREFIX, SYMBOL) 把 前缀 和 参数 拼接为新的符号，并用 PP_IS_EMPTY() 检查拼接结果 展开后是否为空
  • 只有 SYMBOL 是单个符号 void，才能展开为空
  • 但该方法不支持 模式匹配 😶（如果大家有什么好想法，欢迎提出~）

借助 PP_IS_EMPTY()，我们还可以 检查符号序列 是否是元组：

#define PP_EMPTY_V(...)
#define PP_IS_PARENS(SYMBOL) PP_IS_EMPTY(PP_EMPTY_V SYMBOL)

PP_IS_PARENS()                // -> 0
PP_IS_PARENS(foo)             // -> 0
PP_IS_PARENS(foo())           // -> 0
PP_IS_PARENS(()foo)           // -> 0
PP_IS_PARENS(())              // -> 1
PP_IS_PARENS((foo))           // -> 1
PP_IS_PARENS(((), foo, bar))  // -> 1
  • 先定义一个辅助宏 PP_EMPTY_V()：用于 吃掉 变长参数，展开为空
  • 再通过 PP_IS_EMPTY() 检查 PP_EMPTY_V SYMBOL 拼接结果 展开后是否为空
  • 只有 SYMBOL 符合 (...) 的形式，PP_EMPTY_V (...) 才能展开为空

在 gmock-1.10.0 中，MOCK_METHOD() 借助 PP_IS_PARENS()，自动识别 参数是不是元组，再进行 选择性的 元组解包 —— 使用时可以只把 包含逗号的参数 变为元组，而其他参数保持不变：

#define PP_IDENTITY(N) N
#define TRY_REMOVE_PARENS(T) \
  PP_IF(PP_IS_PARENS(T), PP_REMOVE_PARENS, PP_IDENTITY)(T)

#define FOO(A, B) int foo(A x, B y)
#define BAR(A, B) FOO(TRY_REMOVE_PARENS(A), TRY_REMOVE_PARENS(B))

FOO(bool, IntPair)                // -> int foo(bool x, IntPair y)
BAR(bool, IntPair)                // -> int foo(bool x, IntPair y)
BAR(bool, (std::pair<int, int>))  // -> int foo(bool x, std::pair<int, int> y)

数据结构

由于 变长参数 只能表示 一维数据，如果需要处理 嵌套的多维数据，还需要高级的数据结构（例如 列表的每一项 包含多个属性，而每个属性 又是一个列表；参考 下文的 递归重入 提到的 嵌套元组）。

BOOST_PP 定义了四种数据结构：

  • 元组 (tuple) 的每个元素 通过 逗号分隔，所有元素放到一个 括号对 里
  • 序列 (sequence) 的每个元素 放到一个元组里，组成多个 连续的元组
  • 列表 (list) 是一个 递归定义的二元组，第一个元素是 当前元素，第二个元素是 后续列表，并通过 nil 标识结束符
  • 数组 (array) = 元组实际长度 + 元组 组成的二元组（已过时，直接使用 元组 即可）

例如，一组数据的三个元素 分别是 f(12) / a + 1 / foo：

  • 元组 表示为 (f(12), a + 1, foo)
  • 序列 表示为 (f(12))(a + 1)(foo)
  • 列表 表示为 (f(12), (a + 1, (foo, PP_NIL)))
  • 数组 表示为 (3, (f(12), a + 1, foo))

另外，元组 () 表示 包含一个空元素的 一元组，而不是 不包含任何元素的 空元组（序列、列表、数组 不涉及这个问题）。

关于上述数据结构的基本运算（下标访问、长度计算、遍历访问、增删元素、类型转换），推荐阅读 BOOST_PP 源码。

递归重入

因为 自参照宏 (self referential macro) 不会被展开 —— 在展开一个宏时，如果遇到 当前宏 的符号，则不会继续展开，避免 无限展开 (infinite expansion) —— 所以宏 不支持 递归/重入。

例如，PP_FOR_EACH() 在遍历 两层嵌套元组 时，DO_EACH_1() 无法展开 内层元组，结果保留 PP_FOR_EACH(...) 的形式：

#define OUTER(N, T) PP_FOR_EACH(DO_EACH_1, N, PP_REMOVE_PARENS(T))
#define DO_EACH_1(VAR, IDX, CTX)                   \
  PP_FOR_EACH(DO_EACH_2, CTX.PP_GET_TUPLE(0, VAR), \
              PP_REMOVE_PARENS(PP_GET_TUPLE(1, VAR)))
#define DO_EACH_2(VAR, IDX, CTX) CTX .VAR = VAR;

// -> PP_FOR_EACH(DO_EACH_2, obj.x, x1, x2) PP_FOR_EACH(DO_EACH_2, obj.y, y1)
OUTER(obj, ((x, (x1, x2)), (y, (y1))))

一种解决方法是，在 预扫描 阶段，先展开 内层元组，再把展开结果 作为参数，传递给 外层元组，从而避免 递归调用（但不一定适用于所有场景）：

#define OUTER(N, T) PP_FOR_EACH(DO_EACH_1, N, PP_REMOVE_PARENS(T))
#define DO_EACH_1(VAR, IDX, CTX) CTX.VAR;
#define INNER(N, T) PP_FOR_EACH(DO_EACH_2, N, PP_REMOVE_PARENS(T))
#define DO_EACH_2(VAR, IDX, CTX) PP_COMMA_IF(IDX) CTX .VAR = VAR

// -> obj.x.x1 = x1; obj.x.x2 = x2; obj.y.y1 = y1;
OUTER(obj, (INNER(x, (x1, x2)), INNER(y, (y1))))

另一种解决方法是，定义另一个相同功能的宏 PP_FOR_EACH_INNER()，用于内层循环，从而避免和外层循环冲突（如果遍历三层嵌套，则需要再定义一个类似的宏）：

#define PP_FOR_EACH_INNER(DO, CTX, ...)               \
  PP_CONCAT(PP_FOR_EACH_INNER_, PP_NARG(__VA_ARGS__)) \
  (DO, CTX, 0, __VA_ARGS__)
#define PP_FOR_EACH_INNER_0(DO, CTX, IDX, ...)
#define PP_FOR_EACH_INNER_1(DO, CTX, IDX, VAR, ...) DO(VAR, IDX, CTX)
#define PP_FOR_EACH_INNER_2(DO, CTX, IDX, VAR, ...) \
  DO(VAR, IDX, CTX)                                 \
  PP_FOR_EACH_INNER_1(DO, CTX, PP_INC(IDX), __VA_ARGS__)
// ...

#define OUTER(N, T) PP_FOR_EACH(DO_EACH_1, N, PP_REMOVE_PARENS(T))
#define DO_EACH_1(VAR, IDX, CTX)                         \
  PP_FOR_EACH_INNER(DO_EACH_2, CTX.PP_GET_TUPLE(0, VAR), \
                    PP_REMOVE_PARENS(PP_GET_TUPLE(1, VAR)))
#define DO_EACH_2(VAR, IDX, CTX) CTX .VAR = VAR;

// -> obj.x.x1 = x1; obj.x.x2 = x2; obj.y.y1 = y1;
OUTER(obj, ((x, (x1, x2)), (y, (y1))))

条件循环

上文提到的 PP_FOR_EACH() 主要用于 遍历 变长参数的元素，输出长度和输入相同。但有时候，我们仍需要一个用于 迭代 (iterate) 的 条件循环 PP_WHILE()，最后只输出一个结果：

#define PP_WHILE PP_WHILE_1
#define PP_WHILE_1(PRED, OP, VAL)              \
  PP_IF(PRED(VAL), PP_WHILE_2, VAL PP_EMPTY_V) \
  (PRED, OP, PP_IF(PRED(VAL), OP, PP_EMPTY_V)(VAL))
#define PP_WHILE_2(PRED, OP, VAL)              \
  PP_IF(PRED(VAL), PP_WHILE_3, VAL PP_EMPTY_V) \
  (PRED, OP, PP_IF(PRED(VAL), OP, PP_EMPTY_V)(VAL))
#define PP_WHILE_3(PRED, OP, VAL)              \
  PP_IF(PRED(VAL), PP_WHILE_4, VAL PP_EMPTY_V) \
  (PRED, OP, PP_IF(PRED(VAL), OP, PP_EMPTY_V)(VAL))
#define PP_WHILE_4(PRED, OP, VAL)              \
  PP_IF(PRED(VAL), PP_WHILE_5, VAL PP_EMPTY_V) \
  (PRED, OP, PP_IF(PRED(VAL), OP, PP_EMPTY_V)(VAL))
// ...

#define PRED(VAL) PP_GET_TUPLE(1, VAL)
#define OP(VAL) \
  (PP_GET_TUPLE(0, VAL) + PP_GET_TUPLE(1, VAL), PP_DEC(PP_GET_TUPLE(1, VAL)))

PP_GET_TUPLE(0, PP_WHILE(PRED, OP, (x, 2)))  // -> x + 2 + 1
  • PP_WHILE() 接受三个参数：循环条件谓词 PRED、迭代操作运算 OP 和 初始值 VAL
    • 其中 PRED() 接受 当前值 VAL 作为参数，并返回 非负整数
    • 其中 OP() 接受 当前值 VAL 作为参数，并返回 迭代后的下一个 VAL 值
  • 原理和 PP_FOR_EACH() 类似，PP_WHILE_I() 根据 PRED(VAL) 选择展开方式
    • 如果 PRED(VAL) != 0，递归调用 I + 1 宏，并传入 OP(VAL) 作为 下一轮迭代 的 当前值
    • 如果 PRED(VAL) == 0，展开为 VAL，并 跳过 OP(VAL)，递归终止
  • PP_WHILE 从 PP_WHILE_1 开始迭代

和 PP_FOR_EACH() 不同，不需要定义 PP_WHILE_INNER()，就可以在循环展开时重入 —— 如果 当前递归状态 是 I，重入代码可以使用 任意 I 以后的宏：

  • 例如 当展开 PP_WHILE_2() 时，只有 PP_WHILE_1 和 PP_WHILE_2 正在展开，所以 PRED()/OP() 可以使用 PP_WHILE_3() 及以后的宏
  • 由于 PRED(VAL)/OP(VAL) 只在参数里展开，在下一轮迭代的 PP_WHILE_3() 展开时，不会构成递归调用

为了支持方便的递归调用，BOOST_PP 提出了 自动推导 当前递归状态 的方法：

#define PP_WHILE PP_CONCAT(PP_WHILE_, PP_AUTO_DIM(PP_WHILE_CHECK))

#define PP_AUTO_DIM(CHECK) \
  PP_IF(CHECK(2), PP_AUTO_DIM_12, PP_AUTO_DIM_34)(CHECK)
#define PP_AUTO_DIM_12(CHECK) PP_IF(CHECK(1), 1, 2)
#define PP_AUTO_DIM_34(CHECK) PP_IF(CHECK(3), 3, 4)

#define PP_WHILE_CHECK(N) \
  PP_CONCAT(PP_WHILE_CHECK_, PP_WHILE_##N(0 PP_EMPTY_V, , 1))
#define PP_WHILE_CHECK_1 1
#define PP_WHILE_CHECK_PP_WHILE_1(PRED, OP, VAL) 0
#define PP_WHILE_CHECK_PP_WHILE_2(PRED, OP, VAL) 0
#define PP_WHILE_CHECK_PP_WHILE_3(PRED, OP, VAL) 0
#define PP_WHILE_CHECK_PP_WHILE_4(PRED, OP, VAL) 0
// ...

#define OP_1(VAL)                                                        \
  (PP_GET_TUPLE(0, PP_WHILE(PRED, OP_2,                                  \
                            (PP_GET_TUPLE(0, VAL), PP_GET_TUPLE(1, VAL), \
                             PP_GET_TUPLE(1, VAL)))),                    \
   PP_DEC(PP_GET_TUPLE(1, VAL)))
#define OP_2(VAL)                                                      \
  (PP_GET_TUPLE(0, VAL) + PP_GET_TUPLE(2, VAL) * PP_GET_TUPLE(1, VAL), \
   PP_DEC(PP_GET_TUPLE(1, VAL)), PP_GET_TUPLE(2, VAL))

PP_GET_TUPLE(0, PP_WHILE(PRED, OP_1, (x, 2)))  // -> x + 2 * 2 + 2 * 1 + 1 * 1
  • 定义辅助宏 PP_WHILE_CHECK(I) 用于检查 I 对应的 PP_WHILE_I() 是否可用
    • 使用 0 PP_EMPTY_V 作为谓词，调用 PP_WHILE_I()
    • 如果 PP_WHILE_I() 正在展开，此处不会再被展开，和前缀 PP_WHILE_CHECK_ 拼接为 PP_WHILE_CHECK_PP_WHILE_I(0 PP_EMPTY_V, , 1) 的形式，最后展开为 0
    • 如果 PP_WHILE_I() 没有使用，此处先被展开为 1，再和前缀 PP_WHILE_CHECK_ 拼接为 PP_WHILE_CHECK_1 的形式，最后展开为 1
  • 定义辅助宏 PP_AUTO_DIM() 用于推导 最小可用的递归状态 I
    • 使用 二分查找 (binary search) 的方法，时间复杂度可以降到 �(���2�)O(log2​n)
    • 假设 下标最大值 是 4，那么先检查 2 是否可用；如果可用再尝试 1，否则检查 3
  • PP_WHILE 通过 PP_AUTO_DIM(PP_WHILE_CHECK) 推导出的 PP_WHILE_I 保证总是可用

不过，在展开 PP_WHILE() 时，当前递归状态 总是确定的，实际上 不需要推导。所以 BOOST_PP 建议尽量 传递状态，而不是自动推导：

  • PP_WHILE_I() 展开时，把 下一个状态的下标 I + 1（连同当前 VAL）传给 PRED(PP_INC(I), VAL) 和 OP(PP_INC(I), VAL)
  • PRED()/OP() 可以直接使用 I + 1 对应的宏（及 I + 1 以后的宏），无需再用 PP_AUTO_DIM() 推导可用的下标

当然，自动推导 和 传递状态 也可以用于实现 PP_FOR_EACH() 的递归重入：

  • 先将 PP_FOR_EACH 定义为 PP_AUTO_DIM(PP_FOR_EACH_CHECK) 推导出的 PP_FOR_EACH_D 符号（自动推导）
  • 每组 PP_FOR_EACH_D 再定义 不同变长参数个数 I 对应的 PP_FOR_EACH_D_I，然后用 上文提到的方法 遍历所有参数
  • 在展开 DO() 时，可以额外传递 下一个状态的下标 D + 1（传递状态）
  • BOOST_PP 支持 3 层循环嵌套，每层循环可以遍历 256 个变长参数，需要定义 3×2563×256 个 PP_FOR_EACH_D_I 重载

延迟展开

CHAOS_PP 提出了一种 基于 延迟展开 的递归调用方法：

#define PP_WHILE_RECURSIVE(PRED, OP, VAL)          \
  PP_IF(PRED(VAL), PP_WHILE_DEFER, VAL PP_EMPTY_V) \
  (PRED, OP, PP_IF(PRED(VAL), OP, PP_EMPTY_V)(VAL))
#define PP_WHILE_INDIRECT() PP_WHILE_RECURSIVE
#define PP_WHILE_DEFER PP_WHILE_INDIRECT PP_EMPTY PP_EMPTY PP_EMPTY()()()()

// -> PP_WHILE_INDIRECT PP_EMPTY PP_EMPTY()()()
PP_WHILE_DEFER
// -> PP_WHILE_INDIRECT PP_EMPTY()()
PP_IDENTITY(PP_WHILE_DEFER)
// -> PP_WHILE_INDIRECT ()
PP_IF(1, PP_WHILE_DEFER, )
// -> PP_WHILE_RECURSIVE
PP_IDENTITY(PP_IF(1, PP_WHILE_DEFER, ))
  • 和 PP_WHILE_I() 类似，PP_WHILE_RECURSIVE() 在 PRED(VAL) != 0 的情况下，展开为调用 PP_WHILE_DEFER 宏（即 PP_WHILE_INDIRECT PP_EMPTY PP_EMPTY PP_EMPTY()()()()）的形式
  • 其中的 PP_EMPTY() 起到了 延迟展开 的作用
    • PP_WHILE_DEFER 会被原地展开为 PP_WHILE_INDIRECT PP_EMPTY PP_EMPTY()()()，即其中一组 PP_EMPTY() 展开为空，然后 停止展开
    • PP_WHILE_DEFER 作为参数传给 PP_IF() 时，一组 PP_EMPTY() 再展开为空；再作为 PP_IF() 的结果传出时，一组 PP_EMPTY() 又展开为空；最后得到 PP_WHILE_INDIRECT()，然后 停止展开
    • 所以，在当前场景下，需要至少 3 组 PP_EMPTY()
  • 在 PP_WHILE_RECURSIVE() 展开时
    • 如果 PP_WHILE_DEFER 内的 PP_EMPTY() 数量不足，就不会形成 PP_WHILE_INDIRECT()，而直接变为 PP_WHILE_RECURSIVE
    • 然而，自参照的宏符号 PP_WHILE_RECURSIVE 不能继续展开，即使使用下文提到的 PP_EXPAND() 也不行

在每次循环结束后，得到的 PP_WHILE_INDIRECT()，需要先 手动展开 为 PP_WHILE_RECURSIVE，再进入下一轮迭代，直到 PRED(VAL) == 0 为止：

#define PP_EXPAND(...) __VA_ARGS__

// -> PP_WHILE_INDIRECT() (PRED, OP, (x + 2, 1))
PP_WHILE_RECURSIVE(PRED, OP, (x, 2))
// -> PP_WHILE_INDIRECT() (PRED, OP, (x + 2 + 1, 0))
PP_EXPAND(PP_WHILE_RECURSIVE(PRED, OP, (x, 2)))
// -> (x + 2 + 1, 0)
PP_EXPAND(PP_EXPAND(PP_WHILE_RECURSIVE(PRED, OP, (x, 2))))
  • 需要展开几轮 PP_WHILE_RECURSIVE()，就需要嵌套几次 PP_EXPAND()
  • 所以，可以定义一个嵌套层数为 最大循环次数 的辅助宏，专门用于 PP_WHILE_RECURSIVE() 的延迟展开机制

需要注意 上述方法 不一定适用于所有编译器，一般建议使用 PP_WHILE()。

数值运算

借助 PP_WHILE() 和 PP_INC()/PP_DEC()，我们可以实现 非负整数加法：

#define PP_ADD(X, Y) PP_GET_TUPLE(0, PP_WHILE(PP_ADD_P, PP_ADD_O, (X, Y)))
#define PP_ADD_P(V) PP_GET_TUPLE(1, V)
#define PP_ADD_O(V) (PP_INC(PP_GET_TUPLE(0, V)), PP_DEC(PP_GET_TUPLE(1, V)))

PP_ADD(0, 2)  // -> 2
PP_ADD(1, 1)  // -> 2
PP_ADD(2, 0)  // -> 2
  • PP_ADD() 从二元组 (X, Y) 开始迭代
  • 迭代操作 PP_ADD_O() 返回 (X + 1, Y - 1)
  • 终止条件 PP_ADD_P() 是 Y == 0，此时的 X 为所求（可能上溢）

借助 PP_WHILE() 和 PP_DEC()，我们还可以实现 非负整数减法：

#define PP_SUB(X, Y) PP_GET_TUPLE(0, PP_WHILE(PP_SUB_P, PP_SUB_O, (X, Y)))
#define PP_SUB_P(V) PP_GET_TUPLE(1, V)
#define PP_SUB_O(V) (PP_DEC(PP_GET_TUPLE(0, V)), PP_DEC(PP_GET_TUPLE(1, V)))

PP_SUB(2, 2)  // -> 0
PP_SUB(2, 1)  // -> 1
PP_SUB(2, 0)  // -> 2
  • PP_SUB() 从二元组 (X, Y) 开始迭代
  • 迭代操作 PP_SUB_O() 返回 (X - 1, Y - 1)
  • 终止条件 PP_SUB_P() 是 Y == 0，此时的 X 为所求（可能下溢）

借助 PP_WHILE() 和 PP_ADD()，我们可以实现 非负整数乘法：

#define PP_MUL(X, Y) PP_GET_TUPLE(0, PP_WHILE(PP_MUL_P, PP_MUL_O, (0, X, Y)))
#define PP_MUL_P(V) PP_GET_TUPLE(2, V)
#define PP_MUL_O(V)                                                    \
  (PP_ADD(PP_GET_TUPLE(0, V), PP_GET_TUPLE(1, V)), PP_GET_TUPLE(1, V), \
   PP_DEC(PP_GET_TUPLE(2, V)))

PP_MUL(1, 2)  // -> 2
PP_MUL(2, 1)  // -> 2
PP_MUL(2, 0)  // -> 0
PP_MUL(0, 2)  // -> 0
  • PP_MUL() 从三元组 (R, X, Y) 开始迭代（R 初始值为 0）
  • 迭代操作 PP_MUL_O() 返回 (R + X, X, Y - 1)（此处的 PP_ADD() 内部调用 PP_WHILE() 宏，构成 递归重入）
  • 终止条件 PP_MUL_P() 是 Y == 0，此时的 R 为所求（可能上溢）

除法和取模运算 基于 数值比较，见下文。

数值比较

借助 PP_WHILE() 和 PP_DEC()，我们还可以实现 等于比较：

#define PP_CMP(X, Y) PP_WHILE(PP_CMP_P, PP_CMP_O, (X, Y))
#define PP_CMP_P(V) \
  PP_AND(PP_BOOL(PP_GET_TUPLE(0, V)), PP_BOOL(PP_GET_TUPLE(1, V)))
#define PP_CMP_O(V) (PP_DEC(PP_GET_TUPLE(0, V)), PP_DEC(PP_GET_TUPLE(1, V)))

#define PP_EQUAL(X, Y) PP_IDENTITY(PP_EQUAL_IMPL PP_CMP(X, Y))
#define PP_EQUAL_IMPL(RX, RY) PP_AND(PP_NOT(PP_BOOL(RX)), PP_NOT(PP_BOOL(RY)))

PP_EQUAL(1, 2)  // -> 0
PP_EQUAL(1, 1)  // -> 1
PP_EQUAL(1, 0)  // -> 0
  • PP_CMP() 从二元组 (X, Y) 开始迭代
    • 迭代操作 PP_CMP_O() 返回 (X - 1, Y - 1)（同 PP_SUB_O()）
    • 终止条件 PP_CMP_P() 是 X == 0 || Y == 0，此时的 (X, Y) 为所求（不会下溢）
    • 最终结果 (RX, RY) 只有三种情况：RX == 0 && RY == 0 / RX != 0 && RY == 0 / RX == 0 && RY != 0
  • PP_EQUAL() 返回 RX == 0 && RY == 0 的布尔值
  • 类似 PP_WHILE_RECURSIVE()，PP_EQUAL_IMPL PP_CMP(X, Y) 在 PP_CMP() 展开为 (RX, RY) 后，仍需要借助 PP_IDENTITY() 手动展开 PP_EQUAL_IMPL(RX, RY)

类似的，我们还可以实现 小于比较：

#define PP_LESS(X, Y) PP_IDENTITY(PP_LESS_IMPL PP_CMP(X, Y))
#define PP_LESS_IMPL(RX, RY) PP_AND(PP_NOT(PP_BOOL(RX)), PP_BOOL(RY))

PP_LESS(0, 1)  // -> 1
PP_LESS(1, 2)  // -> 1
PP_LESS(1, 1)  // -> 0
PP_LESS(2, 1)  // -> 0
  • 借助 PP_CMP() 的结果，PP_LESS() 返回 RX == 0 && RY != 0 的布尔值

其他比较方式（不等于、大于、小于等于、大于等于）可以通过 PP_EQUAL()/PP_LESS() 的 布尔运算 得到。

借助 PP_IF() 和 PP_LESS()，我们可以获取 最大值/最小值：

#define PP_MIN(X, Y) PP_IF(PP_LESS(X, Y), X, Y)
#define PP_MAX(X, Y) PP_IF(PP_LESS(X, Y), Y, X)

PP_MIN(0, 1)  // -> 0
PP_MIN(1, 1)  // -> 1
PP_MAX(1, 2)  // -> 2
PP_MAX(2, 1)  // -> 2

借助 PP_WHILE() 和 PP_SUB()/PP_LESS()，我们可以实现 非负整数除法/取模：

#define PP_DIV_BASE(X, Y) PP_WHILE(PP_DIV_BASE_P, PP_DIV_BASE_O, (0, X, Y))
#define PP_DIV_BASE_P(V) \
  PP_NOT(PP_LESS(PP_GET_TUPLE(1, V), PP_GET_TUPLE(2, V)))  // X >= Y
#define PP_DIV_BASE_O(V)                                                       \
  (PP_INC(PP_GET_TUPLE(0, V)), PP_SUB(PP_GET_TUPLE(1, V), PP_GET_TUPLE(2, V)), \
   PP_GET_TUPLE(2, V))

#define PP_DIV(X, Y) PP_GET_TUPLE(0, PP_DIV_BASE(X, Y))
#define PP_MOD(X, Y) PP_GET_TUPLE(1, PP_DIV_BASE(X, Y))

PP_DIV(2, 1), PP_MOD(2, 1)  // -> 2, 0
PP_DIV(1, 1), PP_MOD(1, 1)  // -> 1, 0
PP_DIV(0, 1), PP_MOD(0, 1)  // -> 0, 0
PP_DIV(1, 2), PP_MOD(1, 2)  // -> 0, 1
  • PP_DIV_BASE() 从三元组 (R, X, Y) 开始迭代（R 初始值为 0）
  • 迭代操作 PP_DIV_BASE_O() 返回 (R + 1, X - Y, Y)（此处的 PP_SUB() 内部调用 PP_WHILE() 宏，构成 递归重入）
  • 终止条件 PP_DIV_BASE_P() 是 X >= Y，此时的 R 为商、X 为余数（R 可能上溢，X 不会下溢）

结合模板

有时候，可以使用 C++ 模板 处理 类型，不必完全依赖于宏。例如把函数的 class 类型参数转为 const T&，而其他类型参数保持 T：

template <typename T, bool Condition = std::is_class_v<T>>
using maybe_cref_t =
    std::conditional_t<Condition,
                       std::add_lvalue_reference_t<std::add_const_t<T>>,
                       T>;

#define MAKE_ARG(TYPE, IDX, _) \
  PP_COMMA_IF(IDX) maybe_cref_t<TYPE> PP_CONCAT(v, IDX)

// -> void foo(maybe_cref_t<int> v0, maybe_cref_t<std::string> v1);
// -> void foo(int v0, const std::string& v1);
void foo(PP_FOR_EACH(MAKE_ARG, , int, std::string));
  • 宏 展开结果为 maybe_cref_t<int> 和 maybe_cref_t<std::string>
  • C++ 模板 展开结果为 int 和 const std::string&
  • 如果只用宏，很难完成这项任务
没有标签
首页   •   未分类   •   C/C++ 宏编程的艺术 X Macro 编程技巧

发表回复

textsms
account_circle
email

arrow_back 上一篇
旋转戒指盒2.0
arrow_forward 下一篇
X Macro编程技巧简化代码架构

phantomshuttle 博客

C/C++ 宏编程的艺术 X Macro 编程技巧
介绍宏编程之前，先聊聊调试的问题。 很多人因为 “宏编程” 无法调试，而直接 “从入门到放弃” —— 不经意的 符号拼写错误、参数个数错误，导致文本 不能正确替换，从而带来&nb…
扫描二维码继续阅读
2023-11-12