如何用C预处理器编写while循环？

Question

我是从教育/黑客的角度提出这个问题的（我真的不想这样编码）。是否可以仅使用C预处理程序指令来实现while循环。我知道宏不能递归扩展，那么如何实现呢？

Answer 1

如果要实现while循环，则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扩展的表达式：

#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？当宏被扫描并扩展时，它会创建一个禁用上下文。此禁用上下文将导致标记为蓝色，该标记指向当前正在扩展的宏。因此，一旦将其涂成蓝色，宏将不再扩展。这就是为什么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，我们可以防止宏变成蓝色。我们只需要对表达式进行更多扫描即可。我们可以使用以下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，我们定义一些用于执行某些逻辑的运算符（例如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，使用所有这些宏，我们可以编写一个递归WHILE宏。我们使用WHILE_INDIRECT宏来递归地引用自身。这可以防止宏被涂成蓝色，因为它将在不同的扫描（并使用不同的禁用上下文）下扩展。该WHILE宏带有一个谓词宏，一个运算符宏和一个状态（即可变参数）。它将继续将此运算符宏应用于状态，直到谓词宏返回false（为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，以检查何时参数数量为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，将只连接两个令牌。我们还创建了一个最终运算符（称为M），用于处理最终输出：

#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，任何种类的谓词或运算符都可以传递给它。

Answer 2

好吧，这不是一个while循环，而是一个计数器循环，尽管如此，在干净的CPP中也可以循环（没有模板，也没有C ++）

#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]);

}