如何用 C 预处理器编写 while 循环？

我是从教育/黑客的角度来问这个问题的(我并不真的想这样编码)。

是否可以仅使用 C预处理器指令实现 while 循环。我知道宏不能递归地展开，那么如何实现这一点呢？

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小开

使用递归包含文件。不幸的是，循环的迭代次数不能超过预处理器允许的最大深度。

事实证明 C + + 模板是图灵完成的，并且可以以类似的方式使用

小开

这里有一个滥用规则，可以合法地完成它。编写自己的 C 预处理器。让它按照您希望的方式解释一些 # 杂注指令。

小开
最佳答案

看一下 启动预处理器库，它允许您在预处理器中编写循环，等等。

小开

为此，我使用了元模板编程，一旦你掌握了它的窍门，就会觉得很有趣。而且在谨慎使用的时候非常有用。因为正如前面提到的，它的转向已经完成，甚至可以导致编译器进入一个无限循环，或者堆栈溢出！没有什么比得到一些咖啡，只是发现你的编译是使用了30多个千兆字节的内存和所有的 CPU 来编译你的无限循环代码！

小开

我发现当编译器变得古怪并且不愿意为我展开某些循环时，这个方案很有用

定义 REPEAT20(x){ x; x; x; x; x; x; x; x; x; x; x; x; x; x; x; x; x; x; x; x; x; x; x; x; x; x; x; x; x; x; x; x; x; x; x; x; x; x; x; x; x; x; x; x; x; x; x; x; x; x; x

REPEAT20(val = please 集中(val)) ;

但恕我直言，如果您需要更复杂的东西，那么您应该编写自己的预处理器。例如，预处理程序可以为您生成一个适当的头文件，并且很容易在 Makefile 中包含这个步骤，通过一个命令就可以顺利地编译所有内容。我做到了。

小开

不是 while 循环，而是 counter 循环，尽管如此，在 clean CPP 中循环是可能的(没有模板，也没有 C + +)

#ifdef pad_always


#define pad(p,f) p##0


#else


#define pad0(p,not_used) p
#define pad1(p,not_used) p##0


#define pad(p,f) pad##f(p,)


#endif


// f - padding flag
// p - prefix so far
// a,b,c - digits
// x - action to invoke


#define n0(p,x)
#define n1(p,x)         x(p##1)
#define n2(p,x) n1(p,x) x(p##2)
#define n3(p,x) n2(p,x) x(p##3)
#define n4(p,x) n3(p,x) x(p##4)
#define n5(p,x) n4(p,x) x(p##5)
#define n6(p,x) n5(p,x) x(p##6)
#define n7(p,x) n6(p,x) x(p##7)
#define n8(p,x) n7(p,x) x(p##8)
#define n9(p,x) n8(p,x) x(p##9)


#define n00(f,p,a,x)                       n##a(pad(p,f),x)
#define n10(f,p,a,x) n00(f,p,9,x) x(p##10) n##a(p##1,x)
#define n20(f,p,a,x) n10(f,p,9,x) x(p##20) n##a(p##2,x)
#define n30(f,p,a,x) n20(f,p,9,x) x(p##30) n##a(p##3,x)
#define n40(f,p,a,x) n30(f,p,9,x) x(p##40) n##a(p##4,x)
#define n50(f,p,a,x) n40(f,p,9,x) x(p##50) n##a(p##5,x)
#define n60(f,p,a,x) n50(f,p,9,x) x(p##60) n##a(p##6,x)
#define n70(f,p,a,x) n60(f,p,9,x) x(p##70) n##a(p##7,x)
#define n80(f,p,a,x) n70(f,p,9,x) x(p##80) n##a(p##8,x)
#define n90(f,p,a,x) n80(f,p,9,x) x(p##90) n##a(p##9,x)


#define n000(f,p,a,b,x)                           n##a##0(f,pad(p,f),b,x)
#define n100(f,p,a,b,x) n000(f,p,9,9,x) x(p##100) n##a##0(1,p##1,b,x)
#define n200(f,p,a,b,x) n100(f,p,9,9,x) x(p##200) n##a##0(1,p##2,b,x)
#define n300(f,p,a,b,x) n200(f,p,9,9,x) x(p##300) n##a##0(1,p##3,b,x)
#define n400(f,p,a,b,x) n300(f,p,9,9,x) x(p##400) n##a##0(1,p##4,b,x)
#define n500(f,p,a,b,x) n400(f,p,9,9,x) x(p##500) n##a##0(1,p##5,b,x)
#define n600(f,p,a,b,x) n500(f,p,9,9,x) x(p##600) n##a##0(1,p##6,b,x)
#define n700(f,p,a,b,x) n600(f,p,9,9,x) x(p##700) n##a##0(1,p##7,b,x)
#define n800(f,p,a,b,x) n700(f,p,9,9,x) x(p##800) n##a##0(1,p##8,b,x)
#define n900(f,p,a,b,x) n800(f,p,9,9,x) x(p##900) n##a##0(1,p##9,b,x)


#define n0000(f,p,a,b,c,x)                               n##a##00(f,pad(p,f),b,c,x)
#define n1000(f,p,a,b,c,x) n0000(f,p,9,9,9,x) x(p##1000) n##a##00(1,p##1,b,c,x)
#define n2000(f,p,a,b,c,x) n1000(f,p,9,9,9,x) x(p##2000) n##a##00(1,p##2,b,c,x)
#define n3000(f,p,a,b,c,x) n2000(f,p,9,9,9,x) x(p##3000) n##a##00(1,p##3,b,c,x)
#define n4000(f,p,a,b,c,x) n3000(f,p,9,9,9,x) x(p##4000) n##a##00(1,p##4,b,c,x)
#define n5000(f,p,a,b,c,x) n4000(f,p,9,9,9,x) x(p##5000) n##a##00(1,p##5,b,c,x)
#define n6000(f,p,a,b,c,x) n5000(f,p,9,9,9,x) x(p##6000) n##a##00(1,p##6,b,c,x)
#define n7000(f,p,a,b,c,x) n6000(f,p,9,9,9,x) x(p##7000) n##a##00(1,p##7,b,c,x)
#define n8000(f,p,a,b,c,x) n7000(f,p,9,9,9,x) x(p##8000) n##a##00(1,p##8,b,c,x)
#define n9000(f,p,a,b,c,x) n8000(f,p,9,9,9,x) x(p##9000) n##a##00(1,p##9,b,c,x)


#define n00000(f,p,a,b,c,d,x)                                   n##a##000(f,pad(p,f),b,c,d,x)
#define n10000(f,p,a,b,c,d,x) n00000(f,p,9,9,9,9,x) x(p##10000) n##a##000(1,p##1,b,c,d,x)
#define n20000(f,p,a,b,c,d,x) n10000(f,p,9,9,9,9,x) x(p##20000) n##a##000(1,p##2,b,c,d,x)
#define n30000(f,p,a,b,c,d,x) n20000(f,p,9,9,9,9,x) x(p##30000) n##a##000(1,p##3,b,c,d,x)
#define n40000(f,p,a,b,c,d,x) n30000(f,p,9,9,9,9,x) x(p##40000) n##a##000(1,p##4,b,c,d,x)
#define n50000(f,p,a,b,c,d,x) n40000(f,p,9,9,9,9,x) x(p##50000) n##a##000(1,p##5,b,c,d,x)
#define n60000(f,p,a,b,c,d,x) n50000(f,p,9,9,9,9,x) x(p##60000) n##a##000(1,p##6,b,c,d,x)
#define n70000(f,p,a,b,c,d,x) n60000(f,p,9,9,9,9,x) x(p##70000) n##a##000(1,p##7,b,c,d,x)
#define n80000(f,p,a,b,c,d,x) n70000(f,p,9,9,9,9,x) x(p##80000) n##a##000(1,p##8,b,c,d,x)
#define n90000(f,p,a,b,c,d,x) n80000(f,p,9,9,9,9,x) x(p##90000) n##a##000(1,p##9,b,c,d,x)


#define cycle5(c1,c2,c3,c4,c5,x) n##c1##0000(0,,c2,c3,c4,c5,x)
#define cycle4(c1,c2,c3,c4,x) n##c1##000(0,,c2,c3,c4,x)
#define cycle3(c1,c2,c3,x) n##c1##00(0,,c2,c3,x)
#define cycle2(c1,c2,x) n##c1##0(0,,c2,x)
#define cycle1(c1,x) n##c1(,x)


#define concat(a,b,c) a##b##c


#define ck(arg) a[concat(,arg,-1)]++;
#define SIZEOF(x) (sizeof(x) / sizeof((x)[0]))


void check5(void)
{
int i, a[32769];


for (i = 0; i < SIZEOF(a); i++) a[i]=0;


cycle5(3,2,7,6,9,ck);


for (i = 0; i < SIZEOF(a); i++) if (a[i] != 1) printf("5: [%d] = %d\n", i+1, a[i]);
}
小开

如果要实现 while 循环，则需要在预处理器中使用递归。执行递归的最简单方法是使用延迟表达式。延迟表达式是一种需要更多扫描才能完全展开的表达式:

#define EMPTY()
#define DEFER(id) id EMPTY()
#define OBSTRUCT(id) id DEFER(EMPTY)()
#define EXPAND(...) __VA_ARGS__


#define A() 123
A() // Expands to 123
DEFER(A)() // Expands to A () because it requires one more scan to fully expand
EXPAND(DEFER(A)()) // Expands to 123, because the EXPAND macro forces another scan

这有什么重要的？当一个宏被扫描和展开时，它会创建一个禁用的上下文。此禁用上下文将导致一个标记(指当前正在扩展的宏)被绘制为蓝色。因此，一旦它被涂成蓝色，宏将不再扩展。这就是宏不能递归展开的原因。但是，禁用的上下文只存在于一次扫描期间，因此通过延迟展开，我们可以防止宏变成蓝色。我们只需要对表达式应用更多扫描。我们可以使用这个 EVAL宏:

#define EVAL(...)  EVAL1(EVAL1(EVAL1(__VA_ARGS__)))
#define EVAL1(...) EVAL2(EVAL2(EVAL2(__VA_ARGS__)))
#define EVAL2(...) EVAL3(EVAL3(EVAL3(__VA_ARGS__)))
#define EVAL3(...) EVAL4(EVAL4(EVAL4(__VA_ARGS__)))
#define EVAL4(...) EVAL5(EVAL5(EVAL5(__VA_ARGS__)))
#define EVAL5(...) __VA_ARGS__

接下来，我们定义一些用于执行某些逻辑(如 if 等)的操作符:

#define CAT(a, ...) PRIMITIVE_CAT(a, __VA_ARGS__)
#define PRIMITIVE_CAT(a, ...) a ## __VA_ARGS__


#define CHECK_N(x, n, ...) n
#define CHECK(...) CHECK_N(__VA_ARGS__, 0,)


#define NOT(x) CHECK(PRIMITIVE_CAT(NOT_, x))
#define NOT_0 ~, 1,


#define COMPL(b) PRIMITIVE_CAT(COMPL_, b)
#define COMPL_0 1
#define COMPL_1 0


#define BOOL(x) COMPL(NOT(x))


#define IIF(c) PRIMITIVE_CAT(IIF_, c)
#define IIF_0(t, ...) __VA_ARGS__
#define IIF_1(t, ...) t


#define IF(c) IIF(BOOL(c))

现在有了这些宏，我们就可以编写一个递归 WHILE宏了。我们使用一个 WHILE_INDIRECT宏来递归地引用它自己。这样可以防止宏被涂成蓝色，因为它将在不同的扫描上展开(并使用不同的禁用上下文)。WHILE宏接受一个谓词宏、一个操作符宏和一个状态(即可变参数)。它继续将此操作符宏应用于状态，直到谓词宏返回 false (0)。

#define WHILE(pred, op, ...) \
IF(pred(__VA_ARGS__)) \
( \
OBSTRUCT(WHILE_INDIRECT) () \
( \
pred, op, op(__VA_ARGS__) \
), \
__VA_ARGS__ \
)
#define WHILE_INDIRECT() WHILE

出于演示的目的，我们将创建一个谓词来检查参数数量为1的时间:

#define NARGS_SEQ(_1,_2,_3,_4,_5,_6,_7,_8,N,...) N
#define NARGS(...) NARGS_SEQ(__VA_ARGS__, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1)


#define IS_1(x) CHECK(PRIMITIVE_CAT(IS_1_, x))
#define IS_1_1 ~, 1,


#define PRED(x, ...) COMPL(IS_1(NARGS(__VA_ARGS__)))

接下来，我们将创建一个操作符，它将只连接两个标记。我们还创建了一个最终操作符(称为 M) ，它将处理最终输出:

#define OP(x, y, ...) CAT(x, y), __VA_ARGS__
#define M(...) CAT(__VA_ARGS__)

然后使用 WHILE宏:

M(EVAL(WHILE(PRED, OP, x, y, z))) //Expands to xyz

当然，任何类型的谓词或操作符都可以传递给它。


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