C宏展开的几个注意事项

前阵子仔细重新研究了一下C的宏展开。总结起来，有以下几个主要规则：

1. 每次宏展开的结果会被重复扫描，直到没有任何可展开的宏为止。
2. 每展开一个宏，都会记住这次展开，在这个宏展开的结果及其后续展开中，不再对相同的宏做展开。
3. 带参数的宏，先对参数做展开，除非宏定义体中包含#或##
   a) #表示将后续标识符转换为字符串
   b) ##表示将两个标识符连接成一个标识符
   c) 注意参数展开的结果中即使有逗号（,），也不视为参数的分隔符
4. 如果宏定义中带有参数，而代码中出现同样标识符时没有参数，不视为宏。

下面的三段代码分别解释了2， 3， 4. 注释中描述了宏每一步展开的细节

这段代码主要解释规则2.（~表示已经被展开过）

    #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，所有符号都已展开过)

    bar
    // |-> bar bar foo
    // |    |~  |~  |-> foo bar
    // |-> bar bar foo bar (至此，所有符号都已展开过)

    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)

这段代码主要解释规则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" ('#'阻止了参数展开,如果需要展开参数，定义另一个宏，见foo20)

    foo3(foo, bar)
    // -> foo_bar ('##'阻止了参数展开，如果需要展开参数，定义另一个宏，见foo30)

    foo20(foo)
    // |   |-->vfoo   (foo20带有一个参数，匹配宏定义，先展开参数)
    // |         |
    // |-> foo2(vfoo)
    // |-> "vfoo"

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

    foo30(x)
    // 错误，参数个数不匹配, x中的逗号不视为参数分隔符。如果需要将这个逗号作为分隔符，定义另一个宏，见foo40

    foo40(x)
    // |  |-> x1,x2
    // |-> foo30(x1,x2)   //这个时候，逗号视为合法分隔符。
    // |-> foo3(x1,x2)
    // |-> x1_x2

这段代码主要解释规则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
    // 参数个数不匹配，不认为是宏

    bar
    // 同上

    foo(bar)
    // |-> foo=bar(x)   (bar无参数，不认为是宏)
    // |-> foo=(bar=x)  (此次扫描，bar符合宏定义)

    foo2(bar2)
    // |-> foo=bar2(x,y)   (bar2无参数，不认为是宏)
    // |-> foo=bar(x*y)    (此次扫描，bar符合宏定义)
    // |-> foo=(bar=x*y)