如何在不使用全域變數或可修改狀態的情況下用 C 實作編譯時計數器？

C 語言中的編譯時計數器

儘管模板元程式設計具有函數性質，但全域變數或可修改狀態並不容易用於實現編譯時計數器。但是，如下所示，可以透過最少使用模板來實現命名空間範圍功能。

可以使用函數查找來透過宣告的函數集來追蹤數字狀態，如以下程式碼所示：

template< size_t n > // Return a number through function lookup.
struct cn // The function returns cn<n>.
{ char data[ n + 1 ]; }; // The caller uses (sizeof fn() - 1).

template< typename id, size_t n, size_t acc >
cn< acc > seen( id, cn< n >, cn< acc > ); // Default fallback case.

#define counter_read( id ) \
( sizeof seen( id(), cn< 1 >, cn< \
( sizeof seen( id(), cn< 2 >, cn< \
( sizeof seen( id(), cn< 4 >, cn< \
( sizeof seen( id(), cn< 8 >, cn< \
( sizeof seen( id(), cn< 16 >, cn< \
( sizeof seen( id(), cn< 32 >, cn< 0 \
/* Add more as desired; trimmed for Stack Overflow code block. */ \
                      >() ).data - 1 ) \
                      >() ).data - 1 ) \
                      >() ).data - 1 ) \
                      >() ).data - 1 ) \
                      >() ).data - 1 ) \
                      >() ).data - 1 )

#define counter_inc( id ) \
cn< counter_read( id ) + 1 > \
seen( id, cn< ( counter_read( id ) + 1 ) &amp; ~ counter_read( id ) >, \
          cn< ( counter_read( id ) + 1 ) &amp; counter_read( id ) > )

快速示範：

struct my_cnt {};

int const a = counter_read( my_cnt );
counter_inc( my_cnt );
counter_inc( my_cnt );
counter_inc( my_cnt );
counter_inc( my_cnt );
counter_inc( my_cnt );

int const b = counter_read( my_cnt );

counter_inc( my_cnt );

#include <iostream>

int main() {
    std::cout << a << ' ' << b << '\n';

    std::cout << counter_read( my_cnt ) << '\n';
}

快速示範：

C 11 更新：

#define COUNTER_READ_CRUMB( TAG, RANK, ACC ) counter_crumb( TAG(), constant_index< RANK >(), constant_index< ACC >() )
#define COUNTER_READ( TAG ) COUNTER_READ_CRUMB( TAG, 1, COUNTER_READ_CRUMB( TAG, 2, COUNTER_READ_CRUMB( TAG, 4, COUNTER_READ_CRUMB( TAG, 8, \
    COUNTER_READ_CRUMB( TAG, 16, COUNTER_READ_CRUMB( TAG, 32, COUNTER_READ_CRUMB( TAG, 64, COUNTER_READ_CRUMB( TAG, 128, 0 ) ) ) ) ) ) )

#define COUNTER_INC( TAG ) \
constexpr \
constant_index< COUNTER_READ( TAG ) + 1 > \
counter_crumb( TAG, constant_index< ( COUNTER_READ( TAG ) + 1 ) &amp; ~ COUNTER_READ( TAG ) >, \
                                                constant_index< ( COUNTER_READ( TAG ) + 1 ) &amp; COUNTER_READ( TAG ) > ) { return {}; }

#define COUNTER_LINK_NAMESPACE( NS ) using NS::counter_crumb;

template< std::size_t n >
struct constant_index : std::integral_constant< std::size_t, n > {};

template< typename id, std::size_t rank, std::size_t acc >
constexpr constant_index< acc > counter_crumb( id, constant_index< rank >, constant_index< acc > ) { return {}; } // found by ADL via constant_index

使用 C 11 的 constexpr，更新版本消除了 sizeof 的使用：這消除了每個計數器對單獨命名空間的需要，使其更方便在多個命名空間中使用。

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