C1X系列：type-generic macros

C1X系列：type-generic macros

 

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type-generic macros在新的C1X草案又稱爲Generic selection，根據它的提案和最新C1X草案，可將type-generic macros翻譯成泛型宏或者通用類型宏。 type-generic macros是一種編譯期技術，它允許開發人員根據宏的某個參數的類型來確定生成的內容。這與C++中的函數重載有點類似，但又有不同。

type-generic macros並不是 C1X提出的概念，早在C99時就有了，只不過當時沒有對它進行標準化。 C99中引用了頭文件<tgmath.h>，給開發人員提供大量初等數學數函接口。

在C99中，程序員可以以不同的類型來調用 sin函數， 比如：

sin(1)， 實際上調用sin(1.0)

sin(1.0F), 實際上調用sinf(1.0F)

sin(1.0L)，實際上調用sinl(1.0L)

實際上，sin這個接口是一個宏，它會用戶傳遞的實際類型來決定最終調用的函數。 sin就是一個type-generic macro。

1. type-generic macros的技術現狀

爲了實現C99中tgmath.h中的接口，各個編譯器八仙過海，各顯神通。

 

Edison Design Group(EDG)爲實現tgmath.h提出了一種編譯魔法，讓開發人員（庫的開發者）使用__generic可輕鬆實現tgmath.h的接口。如上述的sin接口可定義如下：

#define sin(x) __generic(x,,, sin, sinf, sinl, csin, csinf, csinl)(x)

__generic就是EDG的把戲，它並不生成生代碼，只在編譯期，根據x的類型float, double, long double, float complex, double complex或long double complex來選擇後面對應的6個函數。

當然EDG的__generic用來實現C1X的type-generic macros是不行的，它只能識別浮點數和複數一共6種類型，並且__generic後的六種函數必須按這種順序來排列， 但對C99標準中的generic function，這種技術已足夠了。

 

gnu GCC算得上是一個體貼入微的編譯器，它在不違背標準和C語義的情況下，提供很多編譯時的內置小工具，讓你編寫功能強太，可以控制更底層的代碼。當然，這些feature只能在gcc上使用。

C99中的sin在gcc可以蟬聯 __builtin_choose_expr，__builtin_types_compatible_p和typeof來實現。

#define sin(x)                                                     /
        __builtin_choose_expr (                                    /
          __builtin_types_compatible_p (typeof (x), long double),  /
          sinl(x),                                                 /
           __builtin_choose_expr (                                 /
            __builtin_types_compatible_p (typeof (x), double),     /
            sinf(x),                                               /

            sin(x)))

__builtin_types_compatible_p (typeof (x), long double) 在編譯期判斷x的基礎類型是否爲long double（即除去const, volatile

等修飾符後的類型）， 而__builtin_choose_expr 是編譯期的三元組運算符，如果條件爲true，則運算第一個表達式，否則運算第二個




表達式。gcc編譯器的tgmath.h實現，並沒有使用上述的__builtin_技術，而是使用一些sizeof, typeof和其它__builtin_，但可讀性非常差。

C1X之type-generic macros

目前type-generic macros有兩個提案，分別是N1340 Extensible Generic Math Functions 和N1404 General support for type-generic macros . N1340從C99的tgmath實現談起，提出將EDG的實現方案進行標準化，以解開發人員編寫可移植的泛型宏之苦。N1404在N1340的基礎上，對type-generic macros的語法形式方面進行改進，現已成形於最新的C1X草案中。

C1X中引入了新關鍵字_Generic來實現type-generic macros， 這就一個語法糖魔術，它根據第一個參數的類型，和後面的類型-表達式關聯來實現編譯期的替換。它的語法格式規定如下：

generic-selection:
    _Generic ( assignment-expression , generic-association-list )
generic-association-list:
    generic-association
    generic-association-list , generic-association
generic-association:
    type-name : assignment-expression
    default : assignment-expression

利用_Generic，C99的sin 可定義如下：

 

#define sin(x)                      /
        _Generic(x,                 /
                long double: sinl,  /
                double: sinf,       /
                defualt: sin        /
                )(x)

 

_Generic對第一個參數進行類型判斷，然後根據從第二參數開始的類型-表達式關聯表來進行編譯期替換（或生成）。如果x爲long double類型，那麼_Generic(x, …)的結果爲sinl，如果x爲double類型，那麼_Generic(x,…)的結果爲sinf，否則結果爲sin。可見_Generic實現就是一個generic selection。

有了_Generic，原本只有編譯器才能玩的語法把戲，我們一樣可以玩。例如編一個sum的數學接口，如下：

 

int sumi(int *arr, int cnt)
{
    int sum = 0;
    int i;

    for(i = 0; i < cnt; ++i) {
         sum += arr[i];
    }
    return sum;
}
double sumf(double *arr, int cnt)
{
    double sum = 0.0;
    int i;

    for(i = 0; i < cnt; ++i) {
            sum += arr[i]
    }
    return sum;
}
#define sum(_arr, _cnt) /
       _Generic(_arr[0],    /
                int: sumi,  /
                defualt: sumf  /
               )(_arr, _cnt)

 

  如果_Generic中的參數可以支持更復雜的表達式，那就可以用來實現C++中的部分元編程，可惜它的參數表達式有限制。 不管怎麼說_Generice是用來實現泛型宏的，而不是給開發人員任何變換的法戲，因此它的價值在於方便編寫可移植的泛型宏。

from: http://blog.csdn.net/linyt/article/details/5966485