C/C++：预处理器指令应该如何处理宏参数列表？

Question

C 和 C++ 标准都指定了以下内容：

16.3.1 参数替换 (C++11)

6.10.3.1 参数替换 (C11)

在确定了调用类函数宏的参数后，将进行参数替换。替换列表中的参数，除非前面有 # 或 ## 预处理标记或后跟 ## 预处理标记（见下文），在其中包含的所有宏都已展开后，将替换为相应的参数。在被替换之前，每个参数的预处理标记都被完全宏替换，就好像它们形成了预处理文件的其余部分一样；没有其他可用的预处理令牌。

可以将本段解释为标准要求：

（1）首先识别宏参数（逗号分隔），然后分别展开每个参数中包含的所有宏，

或

(2) 展开参数列表中包含的所有宏，然后识别每个参数。

为了说明这一点，让我们考虑以下示例代码：

#define CONDITION (0)

#if (CONDITION > 0)
#define FunctionAlias(par_a, par_b, par_opt, par_c) \
          FunctionName(par_a, par_b, par_opt, par_c)
#else
#define FunctionAlias(par_a, par_b, par_c) \
          FunctionName(par_a, par_b, par_c)
#endif

int global_a, global_b, global_c;
#if (CONDITION > 0)
int global_opt;
#endif

void FunctionName(int a, int b, int c)
{
}
 
void AnotherFunction()
{
   FunctionAlias(
                  global_a,
                  global_b,
                  #if (CONDITION > 0)
                  global_opt,
                  #endif
                  global_c
                );
}

(1) 方法一会产生无效代码：

int global_a, global_b, global_c;

void FunctionName(int a, int b, int c)
{
}

void AnotherFunction()
{
  FunctionName(global_a, global_b, #if ((0) > 0) global_opt);
}

(2) 方法 2 生成有效的 C 代码：

int global_a, global_b, global_c;

void FunctionName(int a, int b, int c)
{
}

void AnotherFunction()
{
   FunctionName(global_a, global_b, global_c);
}

对标准的哪些解释是正确的？

Answer 1

首先，您根本不能将预处理指令放在类似函数的宏的参数中，因为有些文本与您引用的内容相比有所下降：

如果参数列表中存在预处理标记序列，否则它们将充当预处理指令，则行为未定义。

[N1570, §6.10.3 p11]。

其次，与此无关，标准需要您调用的行为 (1)。这是由您引用的这部分文本指定的：

在被替换之前，每个参数的预处理标记都被完全宏替换，就好像它们形成了预处理文件的其余部分一样；没有其他可用的预处理令牌。

如果在确定参数之间的边界之前扩展类函数宏的参数，这句话就没有任何意义。您也可以通过实验看到这一点，只需稍微修改您的代码：

#if (CONDITION > 0)
#define FunctionAlias(par_a, par_b, par_opt, par_c) \
          FunctionName(par_a, par_b, par_opt, par_c)
#else
#define FunctionAlias(par_a, par_b, par_c) \
          FunctionName(par_a, par_b, par_c)
#endif

int global_a, global_b, global_c;
#if (CONDITION > 0)
int global_opt;
#define GLOBAL_OPT global_opt,
#else
#define GLOBAL_OPT /*nothing*/
#endif

void FunctionName(int a, int b, 
#if CONDITION > 0
                  int opt,
#endif
                  int c)
{
}
 
void AnotherFunction()
{
   FunctionAlias(
                  global_a,
                  global_b,
                  GLOBAL_OPT
                  global_c
                );
}

如果CONDITION 未定义或为零，这将正常编译，但当CONDITION 不为零时，您将收到类似以下内容的错误

test.c: In function ‘AnotherFunction’:
test.c:28:17: error: macro "FunctionAlias" requires 4 arguments, but only 3 given
   28 |                 );
      |                 ^

证明GLOBAL_OPT 在寻找FunctionAlias 的四个参数之前没有扩展。

Answer 2

在识别出调用类函数宏的参数后，将进行参数替换。中的一个参数 替换列表，除非前面有 # 或 ## 预处理标记或 后跟 ## 预处理标记（见下文），替换为 在其中包含的所有宏都已被处理后的相应参数 扩大。在被替换之前，每个参数的预处理 标记被完全宏替换，就好像它们形成了其余的 预处理文件；没有其他可用的预处理令牌。

可以将本段解释为标准要求：

(1) 首先识别宏参数（逗号分隔），然后 分别展开每个参数中包含的所有宏，

或

(2) 展开参数列表中包含的所有宏，然后 识别每个参数。

我有点明白你从哪里来，但我并没有真正理解你是如何得出 (2) 作为对文本的合理解释的。您引用的部分首先指定发生参数替换“在识别出调用类似函数的宏的参数后，进行参数替换”，其他所有内容都是描述论据替换需要什么。这包括为实际替换准备的参数，在大多数情况下，通过宏扩展它们。 (1) 是正确的解释。

但请注意，宏扩展是一个迭代过程。粗略地说，宏扩展被重新扫描以进行进一步的宏替换，包括按照引用文本中的描述执行的宏参数的扩展。这就是为什么每个参数的预处理标记都被扩展“就好像它们形成了预处理文件的其余部分一样”很重要的原因。这不仅将每个参数与围绕宿主宏调用的源文本隔离开来，而且最重要的是与其他参数及其扩展隔离开来。

还请注意，如果您发现标准不清楚，您可以自己对此进行测试。你甚至已经生成了你的测试用例。再想一想，你没有提供一个有效的测试用例，因为预处理器指令可能不会出现在宏调用的参数列表中。因此，该标准对预处理示例源的结果没有任何意见。