我们如何在 C 中实现递归宏？

了解宏参数的宏递归

在 C 编程中，宏为文本操作提供了强大的工具。一个有趣的方面是能够在其他宏的参数上使用宏。然而，这提出了技术挑战，因为该语言通常不允许递归宏。

问题：递归宏

考虑我们希望创建的场景名为 PRINT_ALL 的 foreach 宏，它将给定的宏 PRINT 应用于参数列表。例如：

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

这将对每个变量 a、b 和 d 调用 PRINT 宏。简单的方法可能会使用递归宏，如下所示：

#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__))

但是，这种方法会带来两个问题：宏不能递归地调用自身，并且它缺乏停止递归的停止条件。

递归解决方法

克服这些问题为了克服这些障碍，一个聪明的解决方法是利用一种称为宏评估递归的技术。关键思想是发出模拟宏调用的宏文本，而不实际调用宏本身。

考虑以下宏：

#define MAP_OUT

如果我们有以下宏：

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

计算宏 A(blah) 会产生输出文本：

blah B (blah)

此文本用作宏替换占位符。它可以被传回预处理器以进一步扩展，继续宏评估过程。

为了促进这种递归，定义了一系列 EVAL 宏：

#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__)))

每个宏都适用多个级别的评估，从而放大所应用的宏的效果。

停止递归

为了控制递归，定义了一个特殊的宏 MAP_END：

#define MAP_END(...)

评估此宏不执行任何操作，有效地终止递归。

下一个挑战是确定何时使用 MAP_END 而不是继续递归。为了实现这一点，MAP_NEXT 宏将列表项与特殊的列表结束标记进行比较。如果匹配，则返回 MAP_END；否则，返回下一个参数：

#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)

通过仔细构造 MAP_NEXT 宏，我们可以控制递归是继续还是结束。

最终实现

结合这些构建块，我们可以创建 MAP 宏，它迭代列表并将给定的宏应用于每个item:

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

该宏的工作原理是在列表末尾放置一个列表结束标记，并附加一个额外参数以确保符合 ANSI 要求。然后它通过多个 EVAL 宏调用传递列表并返回结果。

该技术为在宏参数上使用宏的问题提供了创造性的解决方案。它支持复杂的宏操作功能，允许程序员以新颖的方式扩展预处理器的功能。

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