我们如何解释这个复杂的 C++ 预处理器宏替换

Question

我正在研究关于 C++ 预处理器如何处理宏替换的 C++ 标准（我需要自己实现 C++ 预处理器的一个子集）。这是我为学习创建的示例：

  #define a x
  #define x(x,y) x(x+a, y+1)

  a(x(90, 80), a(1,2))

通过让VC++ 2010生成预处理器输出文件，发现上面的a(x(90, 80), a(1,2))变成了这样：

90(90+x, 80+1)(90(90+x, 80+1)+x, 1(1+x, 2+1)+1);

但是预处理器是如何得出这个输出的呢？规则太复杂，难以理解。有人可以解释预处理器为得出这样的结果所做的所有步骤吗？

Answer 1

旧答案，顺序不准确（见编辑）：

让我们从你的表达开始：

a(x(90, 80), a(1, 2))

现在，由于我们有 #define a x，它被扩展为：

  x(x(90, 80), x(1, 2))
//  ^^^^^^^^^  ^^^^^^^
//   arg 'x'    arg 'y'

我们可以套用x(x,y)的定义，即#define x(x,y) x(x+a, y+1)：

x(90, 80)(x(90, 80)+a, x(1, 2)+1)

还有另一个将扩展x(...) 的通道。您还可以注意到，前面表达式中 > 的 +a 已扩展为 +x：

  90(90+a, 80+1)(90(90+a, 80+1)+x, 1(1+a, 2+1)+1)
//                             ^^
//                          expanded

最后：剩下的+a 扩展为+x：

  90(90+x, 80+1)(90(90+x, 80+1)+x, 1(1+x, 2+1)+1)
//     ^^             ^^              ^^
//  expanded       expanded        expanded

希望没有错误。

请注意，您对x(x,y) 的定义非常模糊（对于人类而言）：宏名称和参数共享相同的名称。请注意，即使没有它，宏也不是递归的，所以如果你有

#define x(u,v) x(u+a, b+1)

它不会扩展到类似

x(u+a+a+a+a, b+1+1+1+1)

这是因为在定义宏 x 时，它的名称对内部宏定义不“可用”。

另一个小提示：对于 gcc，输出并不完全相同，因为 gcc 在被替换的标记之间添加了空格（但如果删除它们，它将与 msvc 相同）。

EDIT：从 dyp 的 cmets 来看，这个顺序并不准确。实际上，参数是先展开，再代入宏表达式。这句话的最后一部分很重要：这意味着宏参数列表没有被重新评估。可以把它想象成：用占位符代替参数扩展宏，然后扩展参数，然后用它们各自的参数替换占位符。所以，简而言之，这和我之前解释的一样，但是这里是正确的顺序（详细操作）：

> Expansion of a(x(90, 80), a(1, 2))
    > Substitution of 'a' into 'x' (now: 'x(x(90, 80), a(1, 2))')
    > Expansion of x(x(90, 80), a(1, 2)) [re-scan]
        > Macro 'x(X, Y)' is expanded to 'X(X+a,Y+1)'
        > Expansion of 'x(90,80)' (first argument)
            > Macro 'x(X,Y)' is expanded to 'X(X+a,Y+1)'
            > Argument '90' does not need expansion (ie, expanded to same)
            > Argument '80' does not need expansion (ie, expanded to same)
            > Substitution with 'X=90' and 'Y=80': '90(90+a, 80+1)'
            > Re-scan of result (ignoring macro name 'x')
                > Substitution of 'a' into 'x': '90(90+x, 80+1)'
        > Expansion of 'a(1,2)' (second argument)
            > Substitution of 'a' into 'x'
            > Expansion of 'x(1,2)' [re-scan]
                > Macro 'x(X,Y)' is expanded to 'X(X+a,Y+1)'
                > Argument '1' does not need expansion (ie, expanded to same)
                > Argument '2' does not need expansion (ie, expanded to same)
                > Substitution with 'X=1' and 'Y=2': '1(1+a, 2+1)'
                > Re-scan of result (ignoring macro name 'x')
                    > Substitution of 'a' into 'x': '1(1+x, 2+1)'
        > Substitution with X='90(90+x, 80+1)' and Y='1(1+x, 2+1)'
          Result: '90(90+x, 80+1)(90(90+x, 80+1)+a, 1(1+x, 2+1)+1)'
        > Re-scan of result
            > Substitution of 'a' into 'x'
              Result: '90(90+x, 80+1)(90(90+x, 80+1)+x, 1(1+x, 2+1)+1)'
Last result is result of whole expansion:
    90(90+x, 80+1)(90(90+x, 80+1)+x, 1(1+x, 2+1)+1)