为什么某些预处理器宏不扩展，除非它们是另一个宏的参数？

Question

在某些情况下，某些标记序列未完全预处理。 例如：

#define EMPTY()
#define DELAY(x) x EMPTY()
#define PRAGMA(args) _Pragma(args)

#define WRAP( BODY ) { BODY }

#define LOOP_Good( body, i, LB, UB ) \
WRAP( \
    DELAY(PRAGMA)("omp parallel for") \
    for( i = LB; i < UB; ++i ){ \
        body \
    } \
)

#define LOOP_Bad( body, i, LB, UB ) \
{ \
    DELAY(PRAGMA)("omp parallel for") \
    for( i = LB; i < UB; ++i ){ \
        body \
    } \
}

#define LOOP_Good_Again( body, i, LB, UB ) \
{ \
    PRAGMA("omp parallel for") \
    for( i = LB; i < UB; ++i ){ \
        body \
    } \
}

// Good
int i;
int lower_i = 0;
int upper_i = 10;

LOOP_Good( printf("%d\n", i);, i, lower_i, upper_i )

// Bad
LOOP_Bad( printf("%d\n", i);, i, lower_i, upper_i )

// Good again
LOOP_Good_Again( printf("%d\n", i);, i, lower_i, upper_i )

其中（使用-E -fopenmp gcc 9.1）扩展为以下（带格式）：

int i;
int lower_i = 0;
int upper_i = 10;

// Good
{ 
  #pragma omp parallel for
  for( i = lower_i; i < upper_i; ++i ){ 
    printf("%d\n", i); 
  } 
}

// Bad
{ 
  PRAGMA ("omp parallel for") 
  for( i = lower_i; i < upper_i; ++i ){ 
    printf("%d\n", i); 
  } 
}

// Good again
{ 
  #pragma omp parallel for
  for( i = lower_i; i < upper_i; ++i ){ 
    printf("%d\n", i); 
  } 
}

在“好”的情况下，DELAY(PRAGMA) 扩展为 PRAGMA，然后（使用相邻参数）扩展为 _Pragma(...)

在“坏”情况下，DELAY(PRAGMA) 扩展为 PRAGMA，但处理停止，PRAGMA 留在输出中。 如果您采用“坏”输出并对其进行重新预处理（使用之前定义的所有宏），它会正确展开。

唯一的区别是“好”案例DELAY(PRAGMA) 是WRAP 宏的参数的一部分，而“坏”案例不会将DELAY(PRAGMA) 传递给任何宏。如果在“坏”的情况下，我们改为单独使用PRAGMA，问题就解决了（就像在“再次好”的情况下一样）。

在“好”和“坏”案例中出现不同行为的原因是什么？

Answer 1

在糟糕的情况下，您打算作为PRAGMA 的参数的内容永远不会与PRAGMA 一起出现在为宏替换而扫描的标记中。

我们可以忽略LOOP_xxx 宏；它们只是扩展为各种标记而没有复杂性，并且生成的标记被处理就好像它们正常出现在源文件中一样。我们可以只考虑DELAY(PRAGMA)(foo) 和WRAP(DELAY(PRAGMA)(foo)。

根据 C 2018 6.10.3.1 和 6.10.3.4，处理宏的参数以进行宏替换，然后将生成的标记替换为宏的替换标记，然后重新扫描生成的标记和源文件的后续标记用于进一步更换。 （在处理宏参数的标记时，它们被视为构成整个源文件。）

在DELAY(PRAGMA)(foo):

1. PRAGMA 是 x 到 DELAY 的参数，但后面没有括号，所以不是要替换的宏。
2. PRAGMA 在DELAY 的替换令牌x EMPTY() 中替换x。
3. 扫描结果 PRAGMA EMPTY() 以进行替换。
4. EMPTY 被空替换。
5. 替换 EMPTY 的结果以及随后的令牌（(foo) 及其后的任何内容）都会被扫描。请注意，PRAGMA 在这些标记中不是：它不是由替换 EMPTY 产生的标记的一部分。
6. 宏替换完成。

在WRAP(PRAGMA)(foo)中，前五个步骤相同，其余步骤导致替换PRAGMA (foo)：

1. PRAGMA 是 x 到 DELAY 的参数，但后面没有括号，所以不是要替换的宏。
2. PRAGMA 在DELAY 的替换令牌x EMPTY() 中替换x。
3. 扫描结果 PRAGMA EMPTY() 以进行替换。
4. EMPTY 被空替换。
5. 替换 EMPTY 的结果以及随后的令牌 ((foo)) 被扫描。如上，PRAGMA 不在这些标记中，因此不会被替换。
6. 将参数宏替换为WRAP 已完成，生成了PRAGMA (foo)。
7. 参数中的这些标记被替换为WRAP 的{ BODY }，产生{ PRAGMA (foo) }。
8. 重新扫描这些标记（以及源文件中的以下标记）以进行进一步替换。现在PRAGMA (foo) 出现在这些标记中，因此被替换了。