C宏展開的幾個注意事項

前陣子仔細重新研究了一下C的宏展開。總結起來，有以下幾個主要規則：

1. 每次宏展開的結果會被重復掃描，直到沒有任何可展開的宏為止。
2. 每展開一個宏，都會記住這次展開，在這個宏展開的結果及其后續展開中，不再對相同的宏做展開。
3. 帶參數的宏，先對參數做展開，除非宏定義體中包含#或##
   a) #表示將后續標識符轉換為字符串
   b) ##表示將兩個標識符連接成一個標識符
   c) 注意參數展開的結果中即使有逗號（,），也不視為參數的分隔符
4. 如果宏定義中帶有參數，而代碼中出現同樣標識符時沒有參數，不視為宏。

下面的三段代碼分別解釋了2， 3， 4. 注釋中描述了宏每一步展開的細節

這段代碼主要解釋規則2.（~表示已經被展開過）

    #define foo foo bar
    #define bar bar bar foo

    #define foo2(a) bar2(a,foo2) foo2(a) (a)
    #define bar2(a, b) foo2(a) bar2(a,b) (a) (b)


    foo
    // |-> foo   bar
    // |    |~    |-> bar bar foo
    // |-> foo   bar bar foo  (至此，所有符號都已展開過)

    bar
    // |-> bar bar foo
    // |    |~  |~  |-> foo bar
    // |-> bar bar foo bar (至此，所有符號都已展開過)

    foo bar
    //     foo                 bar
    //      |                   |
    // |-> foo bar             bar bar foo
    // |    |~  |               |~  |~  |
    // |-> foo bar bar foo     bar bar foo bar

    foo2(1)
    // |-> bar2(1, foo2)                       foo2(1) (1)
    // |     |                                   |~
    // |-> foo2(1) bar2(1, foo2) (1) (foo2)    foo2(1) (1)

    bar2(1, 1)
    // |-> foo2(1)                    bar2(1,1) (1) (1)
    // |     |                          |~
    // |-> bar2(1,foo2) foo2(1) (1)   bar2(1,1) (1) (1)

這段代碼主要解釋規則3.

    #define foo vfoo
    #define bar vbar

    #define foo2(a) #a
    #define foo3(a, b) a ## _ ## b

    #define foo20(a) foo2(a)
    #define foo30(a, b) foo3(a, b)

    #define foo40(x) foo30(x)
    #define x x1,x2

    foo2(foo)
    // -> "foo" ('#'阻止了參數展開,如果需要展開參數，定義另一個宏，見foo20)

    foo3(foo, bar)
    // -> foo_bar ('##'阻止了參數展開，如果需要展開參數，定義另一個宏，見foo30)

    foo20(foo)
    // |   |-->vfoo   (foo20帶有一個參數，匹配宏定義，先展開參數)
    // |         |
    // |-> foo2(vfoo)
    // |-> "vfoo"

    foo30(foo,        bar)
    // |   |-->vfoo,   |->vbar
    // |        |          |
    // |-> foo3(vfoo,    vbar)
    // |-> vfoo_vbar

    foo30(x)
    // 錯誤，參數個數不匹配, x中的逗號不視為參數分隔符。如果需要將這個逗號作為分隔符，定義另一個宏，見foo40

    foo40(x)
    // |  |-> x1,x2
    // |-> foo30(x1,x2)   //這個時候，逗號視為合法分隔符。
    // |-> foo3(x1,x2)
    // |-> x1_x2

這段代碼主要解釋規則4.

    #define foo(a) foo=a(x)
    #define bar(a) (bar=a)

    #define foo2(a) foo=a(x,y)
    #define bar2(a,b) bar(a*b)

    foo
    // 參數個數不匹配，不認為是宏

    bar
    // 同上

    foo(bar)
    // |-> foo=bar(x)   (bar無參數，不認為是宏)
    // |-> foo=(bar=x)  (此次掃描，bar符合宏定義)

    foo2(bar2)
    // |-> foo=bar2(x,y)   (bar2無參數，不認為是宏)
    // |-> foo=bar(x*y)    (此次掃描，bar符合宏定義)
    // |-> foo=(bar=x*y)