Wie können wir rekursive Makros in C implementieren?

Makrorekursion für Makroargumente verstehen

In der C-Programmierung bieten Makros ein leistungsstarkes Werkzeug zur Textmanipulation. Ein faszinierender Aspekt ist die Möglichkeit, Makros auf die Argumente anderer Makros anzuwenden. Dies stellt jedoch eine technische Herausforderung dar, da rekursive Makros in der Sprache im Allgemeinen nicht zulässig sind.

Das Problem: Rekursive Makros

Betrachten Sie das Szenario, in dem wir erstellen möchten ein foreach-Makro mit dem Namen PRINT_ALL, das ein bestimmtes Makro, PRINT, auf eine Liste von Argumenten anwendet. Zum Beispiel:

int a = 1, b = 3, d = 0;
PRINT_ALL(a,b,d);

Dies würde das PRINT-Makro für jede der Variablen a, b und d aufrufen. Der naive Ansatz könnte ein rekursives Makro wie folgt verwenden:

#define FIRST_ARG(arg,...) arg
#define AFTER_FIRST_ARG(arg,...) , ##__VA_ARGS__
#define PRINT(a) printf(#a": %d", a)
#define PRINT_ALL PRINT(FIRST_ARG(__VA_ARGS__)); PRINT_ALL(AFTER_FIRST_ARG(__VA_ARGS__))

Dieser Ansatz wirft jedoch zwei Probleme auf: Makros können sich nicht selbst rekursiv aufrufen, und es fehlt eine Stoppbedingung, um die Rekursion zu stoppen.

Eine rekursive Problemumgehung

Um diese Hürden zu überwinden, nutzt eine clevere Problemumgehung eine Technik, die als Makro-Bewertungsrekursion bekannt ist. Die Schlüsselidee besteht darin, Makrotext auszugeben, der einen Makroaufruf simuliert, ohne das Makro selbst tatsächlich aufzurufen.

Betrachten Sie das folgende Makro:

#define MAP_OUT

Wenn wir die folgenden Makros haben:

#define A(x) x B MAP_OUT (x)
#define B(x) x A MAP_OUT (x)

Die Auswertung des Makros A(blah) erzeugt den Ausgabetext:

blah B (blah)

Dieser Text dient als Platzhalter für den Makroersatz. Es kann zur weiteren Erweiterung an den Präprozessor zurückgegeben werden, wodurch der Makroauswertungsprozess fortgesetzt wird.

Um diese Rekursion zu erleichtern, wird eine Reihe von EVAL-Makros definiert:

#define EVAL0(...) __VA_ARGS__
#define EVAL1(...) EVAL0(EVAL0(EVAL0(__VA_ARGS__)))
#define EVAL2(...) EVAL1(EVAL1(EVAL1(__VA_ARGS__)))
#define EVAL3(...) EVAL2(EVAL2(EVAL2(__VA_ARGS__)))
#define EVAL4(...) EVAL3(EVAL3(EVAL3(__VA_ARGS__)))
#define EVAL(...)EVAL4(EVAL4(EVAL4(__VA_ARGS__)))

Jedes Makro gilt mehrere Auswertungsebenen, wodurch die Wirkung der angewendeten Makros verstärkt wird.

Rekursion stoppen

Um die Rekursion zu steuern, wird ein spezielles Makro, MAP_END, definiert:

#define MAP_END(...)

Die Auswertung dieses Makros bewirkt nichts und beendet effektiv die Rekursion.

Die nächste Herausforderung besteht darin, zu bestimmen, wann MAP_END verwendet werden soll, anstatt die Rekursion fortzusetzen. Um dies zu erreichen, vergleicht ein MAP_NEXT-Makro ein Listenelement mit einer speziellen Listenendemarkierung. Wenn sie übereinstimmen, wird MAP_END zurückgegeben. Andernfalls wird der nächste Parameter zurückgegeben:

#define MAP_GET_END() 0, MAP_END
#define MAP_NEXT0(item, next, ...) next MAP_OUT
#define MAP_NEXT1(item, next) MAP_NEXT0(item, next,0)
#define MAP_NEXT(item, next) MAP_NEXT1(MAP_GET_END item, next)

Durch sorgfältige Konstruktion des MAP_NEXT-Makros können wir steuern, ob die Rekursion fortgesetzt oder beendet wird.

Endgültige Implementierung

Durch die Kombination dieser Bausteine ​​können wir das MAP-Makro erstellen, das eine Liste durchläuft und ein bestimmtes Makro auf jedes Element anwendet:

#define MAP(f,...)EVAL(MAP1(f,__VA_ARGS__,(),0))

Dieses Makro funktioniert, indem es eine End-of-List-Markierung platziert am Ende der Liste, zusammen mit einem zusätzlichen Argument, um die ANSI-Konformität sicherzustellen. Anschließend durchläuft es die Liste durch mehrere EVAL-Makroaufrufe und gibt das Ergebnis zurück.

Diese Technik bietet eine kreative Lösung für das Problem der Verwendung von Makros für Makroargumente. Es ermöglicht ausgefeilte Makromanipulationsfunktionen, die es Programmierern ermöglichen, die Funktionalität des Präprozessors auf neuartige Weise zu erweitern.

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