如何用 C 预处理器编写一个 while 循环？

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【中文标题】如何用 C 预处理器编写一个 while 循环？【英文标题】：How to write a while loop with the C preprocessor? 【发布时间】：2010-09-24 01:49:41 【问题描述】：

我从教育/黑客的角度提出这个问题，（我真的不想这样编码）。

是否可以仅使用 C 预处理器指令来实现 while 循环。我知道宏不能递归扩展，那么如何实现呢？

【问题讨论】：

【参考方案1】：

如果你想实现一个while循环，你需要在预处理器中使用递归。进行递归的最简单方法是使用延迟表达式。延迟表达式是需要更多扫描才能完全展开的表达式：

#define EMPTY()
#define DEFER(id) id EMPTY()
#define OBSTRUCT(id) id DEFER(EMPTY)()
#define EXPAND(...) __VA_ARGS__

#define A() 123
A() // Expands to 123
DEFER(A)() // Expands to A () because it requires one more scan to fully expand
EXPAND(DEFER(A)()) // Expands to 123, because the EXPAND macro forces another scan

为什么这很重要？那么当一个宏被扫描和扩展时，它会创建一个禁用上下文。此禁用上下文将导致引用当前扩展宏的标记被涂成蓝色。因此，一旦将其涂成蓝色，宏将不再展开。这就是宏不递归扩展的原因。但是，禁用上下文仅在一次扫描期间存在，因此通过延迟扩展，我们可以防止宏被涂成蓝色。我们只需要对表达式应用更多扫描。我们可以使用这个EVAL 宏来做到这一点：

#define EVAL(...)  EVAL1(EVAL1(EVAL1(__VA_ARGS__)))
#define EVAL1(...) EVAL2(EVAL2(EVAL2(__VA_ARGS__)))
#define EVAL2(...) EVAL3(EVAL3(EVAL3(__VA_ARGS__)))
#define EVAL3(...) EVAL4(EVAL4(EVAL4(__VA_ARGS__)))
#define EVAL4(...) EVAL5(EVAL5(EVAL5(__VA_ARGS__)))
#define EVAL5(...) __VA_ARGS__

接下来，我们定义一些操作符来做一些逻辑（比如if等）：

#define CAT(a, ...) PRIMITIVE_CAT(a, __VA_ARGS__)
#define PRIMITIVE_CAT(a, ...) a ## __VA_ARGS__

#define CHECK_N(x, n, ...) n
#define CHECK(...) CHECK_N(__VA_ARGS__, 0,)

#define NOT(x) CHECK(PRIMITIVE_CAT(NOT_, x))
#define NOT_0 ~, 1,

#define COMPL(b) PRIMITIVE_CAT(COMPL_, b)
#define COMPL_0 1
#define COMPL_1 0

#define BOOL(x) COMPL(NOT(x))

#define IIF(c) PRIMITIVE_CAT(IIF_, c)
#define IIF_0(t, ...) __VA_ARGS__
#define IIF_1(t, ...) t

#define IF(c) IIF(BOOL(c))

现在有了所有这些宏，我们可以编写一个递归的WHILE 宏。我们使用WHILE_INDIRECT 宏递归地引用自身。这可以防止宏被涂成蓝色，因为它会在不同的扫描中展开（并使用不同的禁用上下文）。 WHILE 宏采用谓词宏、运算符宏和状态（即可变参数）。它一直将此运算符宏应用于状态，直到谓词宏返回 false（即 0）。

#define WHILE(pred, op, ...) \
    IF(pred(__VA_ARGS__)) \
    ( \
        OBSTRUCT(WHILE_INDIRECT) () \
        ( \
            pred, op, op(__VA_ARGS__) \
        ), \
        __VA_ARGS__ \
    )
#define WHILE_INDIRECT() WHILE

出于演示目的，我们将创建一个谓词来检查参数数量何时为 1：

#define NARGS_SEQ(_1,_2,_3,_4,_5,_6,_7,_8,N,...) N
#define NARGS(...) NARGS_SEQ(__VA_ARGS__, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1)

#define IS_1(x) CHECK(PRIMITIVE_CAT(IS_1_, x))
#define IS_1_1 ~, 1,

#define PRED(x, ...) COMPL(IS_1(NARGS(__VA_ARGS__)))

接下来我们创建一个运算符，我们将连接两个标记。我们还创建了一个最终操作符（称为M）来处理最终输出：

#define OP(x, y, ...) CAT(x, y), __VA_ARGS__ 
#define M(...) CAT(__VA_ARGS__)

然后使用WHILE 宏：

M(EVAL(WHILE(PRED, OP, x, y, z))) //Expands to xyz

当然，任何类型的谓词或运算符都可以传递给它。

【讨论】：

能否给宏添加一点解释？这真的很有趣，但很难得到。所有这些交叉引用。我没有得到最后一行。什么是 PRED，因为它是通过采用 x 来定义的，在这里：M(EVAL(WHILE(**PRED**, OP, x, y, z))) //Expands to xyz 它什么都不带 更多关于这一切如何运作的解释，中间有更多步骤：here 或here。这些文章中的示例与此答案中的示例并不完全相同，但它们足够接近。 美丽的答案 - 如果它会起作用。但不是xyz，而是扩展为WHILE ( PRED, OP, xy, z )，参见。 coliru.stacked-crooked.com/a/1a7b4e7879bd7d4b @Armali 糟糕，有一个错字。它应该是OBSTRUCT(WHILE_INDIRECT) 而不是DEFER(WHILE_INDIRECT)。见：coliru.stacked-crooked.com/a/a381ddcbcae0b890【参考方案2】：

看看Boost preprocessor 库，它允许您在预处理器中编写循环等等。

【讨论】：

【参考方案3】：

您使用递归包含文件。不幸的是，循环的迭代次数不能超过预处理器允许的最大深度。

事实证明，C++ 模板是图灵完备的，并且可以以类似的方式使用。查看Generative Programming

【讨论】：

【参考方案4】：

我为此目的使用元模板编程，一旦你掌握了它就会很有趣。有时在谨慎使用时非常有用。因为如前所述，它的图灵完备，甚至可以导致编译器进入无限循环或堆栈溢出！没有什么比去喝杯咖啡更能发现你的编译使用了 30+ GB 的内存和所有的 CPU 来编译你的无限循环代码！

【讨论】：

【参考方案5】：

嗯，不是 while 循环，而是计数器循环，但在干净的 CPP（无模板和 C++）中循环是可能的

#ifdef pad_always

#define pad(p,f) p##0

#else

#define pad0(p,not_used) p
#define pad1(p,not_used) p##0

#define pad(p,f) pad##f(p,)

#endif

// f - padding flag
// p - prefix so far
// a,b,c - digits
// x - action to invoke

#define n0(p,x)
#define n1(p,x)         x(p##1)
#define n2(p,x) n1(p,x) x(p##2)
#define n3(p,x) n2(p,x) x(p##3)
#define n4(p,x) n3(p,x) x(p##4)
#define n5(p,x) n4(p,x) x(p##5)
#define n6(p,x) n5(p,x) x(p##6)
#define n7(p,x) n6(p,x) x(p##7)
#define n8(p,x) n7(p,x) x(p##8)
#define n9(p,x) n8(p,x) x(p##9)

#define n00(f,p,a,x)                       n##a(pad(p,f),x)
#define n10(f,p,a,x) n00(f,p,9,x) x(p##10) n##a(p##1,x)
#define n20(f,p,a,x) n10(f,p,9,x) x(p##20) n##a(p##2,x)
#define n30(f,p,a,x) n20(f,p,9,x) x(p##30) n##a(p##3,x)
#define n40(f,p,a,x) n30(f,p,9,x) x(p##40) n##a(p##4,x)
#define n50(f,p,a,x) n40(f,p,9,x) x(p##50) n##a(p##5,x)
#define n60(f,p,a,x) n50(f,p,9,x) x(p##60) n##a(p##6,x)
#define n70(f,p,a,x) n60(f,p,9,x) x(p##70) n##a(p##7,x)
#define n80(f,p,a,x) n70(f,p,9,x) x(p##80) n##a(p##8,x)
#define n90(f,p,a,x) n80(f,p,9,x) x(p##90) n##a(p##9,x)

#define n000(f,p,a,b,x)                           n##a##0(f,pad(p,f),b,x)
#define n100(f,p,a,b,x) n000(f,p,9,9,x) x(p##100) n##a##0(1,p##1,b,x)
#define n200(f,p,a,b,x) n100(f,p,9,9,x) x(p##200) n##a##0(1,p##2,b,x)
#define n300(f,p,a,b,x) n200(f,p,9,9,x) x(p##300) n##a##0(1,p##3,b,x)
#define n400(f,p,a,b,x) n300(f,p,9,9,x) x(p##400) n##a##0(1,p##4,b,x)
#define n500(f,p,a,b,x) n400(f,p,9,9,x) x(p##500) n##a##0(1,p##5,b,x)
#define n600(f,p,a,b,x) n500(f,p,9,9,x) x(p##600) n##a##0(1,p##6,b,x)
#define n700(f,p,a,b,x) n600(f,p,9,9,x) x(p##700) n##a##0(1,p##7,b,x)
#define n800(f,p,a,b,x) n700(f,p,9,9,x) x(p##800) n##a##0(1,p##8,b,x)
#define n900(f,p,a,b,x) n800(f,p,9,9,x) x(p##900) n##a##0(1,p##9,b,x)

#define n0000(f,p,a,b,c,x)                               n##a##00(f,pad(p,f),b,c,x)
#define n1000(f,p,a,b,c,x) n0000(f,p,9,9,9,x) x(p##1000) n##a##00(1,p##1,b,c,x)
#define n2000(f,p,a,b,c,x) n1000(f,p,9,9,9,x) x(p##2000) n##a##00(1,p##2,b,c,x)
#define n3000(f,p,a,b,c,x) n2000(f,p,9,9,9,x) x(p##3000) n##a##00(1,p##3,b,c,x)
#define n4000(f,p,a,b,c,x) n3000(f,p,9,9,9,x) x(p##4000) n##a##00(1,p##4,b,c,x)
#define n5000(f,p,a,b,c,x) n4000(f,p,9,9,9,x) x(p##5000) n##a##00(1,p##5,b,c,x)
#define n6000(f,p,a,b,c,x) n5000(f,p,9,9,9,x) x(p##6000) n##a##00(1,p##6,b,c,x)
#define n7000(f,p,a,b,c,x) n6000(f,p,9,9,9,x) x(p##7000) n##a##00(1,p##7,b,c,x)
#define n8000(f,p,a,b,c,x) n7000(f,p,9,9,9,x) x(p##8000) n##a##00(1,p##8,b,c,x)
#define n9000(f,p,a,b,c,x) n8000(f,p,9,9,9,x) x(p##9000) n##a##00(1,p##9,b,c,x)

#define n00000(f,p,a,b,c,d,x)                                   n##a##000(f,pad(p,f),b,c,d,x)
#define n10000(f,p,a,b,c,d,x) n00000(f,p,9,9,9,9,x) x(p##10000) n##a##000(1,p##1,b,c,d,x)
#define n20000(f,p,a,b,c,d,x) n10000(f,p,9,9,9,9,x) x(p##20000) n##a##000(1,p##2,b,c,d,x)
#define n30000(f,p,a,b,c,d,x) n20000(f,p,9,9,9,9,x) x(p##30000) n##a##000(1,p##3,b,c,d,x)
#define n40000(f,p,a,b,c,d,x) n30000(f,p,9,9,9,9,x) x(p##40000) n##a##000(1,p##4,b,c,d,x)
#define n50000(f,p,a,b,c,d,x) n40000(f,p,9,9,9,9,x) x(p##50000) n##a##000(1,p##5,b,c,d,x)
#define n60000(f,p,a,b,c,d,x) n50000(f,p,9,9,9,9,x) x(p##60000) n##a##000(1,p##6,b,c,d,x)
#define n70000(f,p,a,b,c,d,x) n60000(f,p,9,9,9,9,x) x(p##70000) n##a##000(1,p##7,b,c,d,x)
#define n80000(f,p,a,b,c,d,x) n70000(f,p,9,9,9,9,x) x(p##80000) n##a##000(1,p##8,b,c,d,x)
#define n90000(f,p,a,b,c,d,x) n80000(f,p,9,9,9,9,x) x(p##90000) n##a##000(1,p##9,b,c,d,x)

#define cycle5(c1,c2,c3,c4,c5,x) n##c1##0000(0,,c2,c3,c4,c5,x)
#define cycle4(c1,c2,c3,c4,x) n##c1##000(0,,c2,c3,c4,x)
#define cycle3(c1,c2,c3,x) n##c1##00(0,,c2,c3,x)
#define cycle2(c1,c2,x) n##c1##0(0,,c2,x)
#define cycle1(c1,x) n##c1(,x)

#define concat(a,b,c) a##b##c

#define ck(arg) a[concat(,arg,-1)]++;
#define SIZEOF(x) (sizeof(x) / sizeof((x)[0]))

void check5(void)

    int i, a[32769];

    for (i = 0; i < SIZEOF(a); i++) a[i]=0;

    cycle5(3,2,7,6,9,ck);

    for (i = 0; i < SIZEOF(a); i++) if (a[i] != 1) printf("5: [%d] = %d\n", i+1, a[i]);

【讨论】：

【参考方案6】：

这是对可以合法完成的规则​​的滥用。编写自己的 C 预处理器。让它按照你想要的方式解释一些#pragma 指令。

【讨论】：

这不是在回答问题，它明确表示“the C 预处理器”，而不是“a C 预处理器”。这显然是指现有的工具链。【参考方案7】：

当编译器变得暴躁并且不会为我展开某些循环时，我发现这个方案很有用

#define REPEAT20(x) x;x;x;x;x;x;x;x;x;x;x;x;x;x;x;x;x;x;x;x;

REPEAT20(val = pleaseconverge(val));

但是恕我直言，如果您需要比这更复杂的东西，那么您应该编写自己的预处理器。例如，您的预处理器可以为您生成适当的头文件，并且很容易将此步骤包含在 Makefile 中，以便通过单个命令顺利编译所有内容。我已经做到了。

【讨论】：

以上是关于如何用 C 预处理器编写一个 while 循环？的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

如何用R语言for循环形成112358

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