C语言带常量参数宏的编译时参数检查，有办法实现吗？（答案已经公开）

没本

定义一个带参数的宏

1. 
   
2. #define MACRO_P(A) \
   
3. { \
   
4.     some.a = A; \
   
5.     some.b = A+1; \
   
6.     some.c[A] = 0; \
   
7. }
   
8. /* 用法，参数约定为只能是整型常量，范围在0..50 */
   
9. MACRO_P(0);
   
10. MACRO_P(33);
    

复制代码

其中参数A使用时必为常量，且在0..50范围内。那么如何在编译时判断越界并报错停止编译，而不是在运行时？
有可能实现吗？如果换成C++呢？

公开答案，其实就是用static_assert方法，这个方法是D语言最早官方支持，当然C和C++也都实现了，能保证程序的正确性并且没有运行时开销：
1. C_1x标准提供了_Static_assert()。gcc 4.6以后开始支持。
文件s.c

1. 
   
2. /* C_1x standard _Static_assert version */
   
3. #include <stdio.h>
   
4. #define R 50
   
5. #define M(A)                \
   
6. {                        \
   
7. _Static_assert( A>=0 && A<=R, "in M(A) A out of range" ); \
   
8.         s.a = A;        \
   
9.         s.b = A+1;        \
   
10.         s.c[A] = 0;        \
    
11. }
    
12. typedef struct {
    
13.         int a;
    
14.         int b;
    
15.         int c[R+1];
    
16. } s_t;
    
17. s_t s;
    
18. int main(int argc, char ** argv)
    
19. {
    
20.         int i=0;
    
21.         M(51);
    
22.         M(i);
    
23.         return 0;
    
24. }
    
25. 
    
26. /* compile time error message:
    
27. $ gcc -o s s.c
    
28. s.c: In function ‘main’:
    
29. s.c:20:2: error: static assertion failed: "in M(A) A out of range"
    
30. s.c:21:2: error: expression in static assertion is not constant
    
31. $
    
32. */
    

复制代码

2.一个不完美的数组下标不能为负的方案，ANSI C实现。
文件:a.c

1. 
   
2. /* ANSI C version */
   
3. #include <stdio.h>
   
4. #define STATIC_ASSERT(COND,MSG) typedef char static_assertion_##MSG[(COND)?1:-1]
   
5. #define R 50
   
6. #define M(A)                \
   
7. {                        \
   
8. STATIC_ASSERT( A>=0 && A<=R, in_M_A_out_of_range ); \
   
9.         s.a = A;        \
   
10.         s.b = A+1;        \
    
11.         s.c[A] = 0;        \
    
12. }
    
13. typedef struct {
    
14.         int a;
    
15.         int b;
    
16.         int c[R+1];
    
17. } s_t;
    
18. s_t s;
    
19. int main(int argc, char ** argv)
    
20. {
    
21.         int i=0;
    
22.         M(51);
    
23.         M(i);
    
24.         return 0;
    
25. }
    
26. 
    
27. /* compile time error message:
    
28. $ gcc -o a a.c
    
29. a.c: In function ‘main’:
    
30. a.c:21:1: error: size of array ‘static_assertion_in_M_A_out_of_range’ is negative
    
31. $
    
32. 不完美，变量i作参数没有报错，原因是C99支持
    
33. 
    
34. Z:\>cl a.c
    
35. Microsoft (R) 32-bit C/C++ Optimizing Compiler Version 16.00.40219.01 for 80x86
    
36. Copyright (C) Microsoft Corporation.  All rights reserved.
    
37. 
    
38. a.c
    
39. a.c(21) : error C2118: negative subscript
    
40. a.c(22) : error C2057: expected constant expression
    
41. a.c(22) : error C2466: cannot allocate an array of constant size 0
    
42. 
    
43. Z:\>
    
44. msvc由于不支持C99，反而能找到第二个问题。
    
45. */
    

复制代码

3. 利用gcc扩展的实现
文件:n.c

1. 
   
2. /* GCC version */
   
3. #include <stdio.h>
   
4. #define CTC(X) ({ extern int __attribute__((error("assertion failure: '" #X "' not true"))) compile_time_check(); ((X)?0:compile_time_check()),0; })
   
5. #define R 50
   
6. #define M(A)                \
   
7. {                        \
   
8. CTC( A>=0 && A<=R ); \
   
9.         s.a = A;        \
   
10.         s.b = A+1;        \
    
11.         s.c[A] = 0;        \
    
12. }
    
13. typedef struct {
    
14.         int a;
    
15.         int b;
    
16.         int c[R+1];
    
17. } s_t;
    
18. s_t s;
    
19. int main(int argc, char ** argv)
    
20. {
    
21.         int i=0;
    
22.         M(51);
    
23.         M(i);
    
24.         return 0;
    
25. }
    
26. 
    
27. /* compile time error message:
    
28. $ gcc -o n n.c
    
29. n.c: In function ‘main’:
    
30. n.c:21:2: error: call to ‘compile_time_check’ declared with attribute error: assertion failure: 'i>=0 && i<=R' not true
    
31. n.c:22:2: error: call to ‘compile_time_check’ declared with attribute error: assertion failure: 'i>=0 && i<=R' not true
    
32. $
    
33. */
    

复制代码

4.利用位域的C实现，但用了__COUNTER__

1. 
   
2. /* ANSI C version 2 */
   
3. #include <stdio.h>
   
4. #define CTASTR2(pre,post) pre ## post
   
5. #define CTASTR(pre,post) CTASTR2(pre,post)
   
6. #define STATIC_ASSERT(cond,msg) \
   
7.     typedef struct { int CTASTR(static_assertion_failed_,msg) : !!(cond); } \
   
8.         CTASTR(static_assertion_failed_,__COUNTER__)
   
9. #define R 50
   
10. #define M(A)                \
    
11. {                        \
    
12. STATIC_ASSERT( A>=0 && A<=R, in_M_A_out_of_range ); \
    
13.         s.a = A;        \
    
14.         s.b = A+1;        \
    
15.         s.c[A] = 0;        \
    
16. }
    
17. typedef struct {
    
18.         int a;
    
19.         int b;
    
20.         int c[R+1];
    
21. } s_t;
    
22. s_t s;
    
23. int main(int argc, char ** argv)
    
24. {
    
25.         int i=0;
    
26.         M(51);
    
27.         M(i);
    
28.         return 0;
    
29. }
    
30. 
    
31. /* compile time error message:
    
32. $ gcc -o b b.c
    
33. b.c: In function ‘main’:
    
34. b.c:25:2: error: zero width for bit-field ‘static_assertion_failed_in_M_A_out_of_range’
    
35. b.c:26:2: error: bit-field ‘static_assertion_failed_in_M_A_out_of_range’ width not an integer constant
    
36. $
    
37. 
    
38. Z:\>cl b.c
    
39. Microsoft (R) 32-bit C/C++ Optimizing Compiler Version 16.00.40219.01 for 80x86
    
40. Copyright (C) Microsoft Corporation.  All rights reserved.
    
41. 
    
42. b.c
    
43. b.c(25) : error C2149: 'static_assertion_failed_in_M_A_out_of_range' : named bit
    
44. field cannot have zero width
    
45. b.c(26) : error C2057: expected constant expression
    
46. b.c(26) : error C2149: 'static_assertion_failed_in_M_A_out_of_range' : named bit
    
47. field cannot have zero width
    
48. 
    
49. Z:\>
    
50. */
    

复制代码

mirnshi

如果A是常量，那么MACRO_P(33);之类的就应该改成MACRO_P(SOME_VALUE);这样看代码才有意义，常量的范围也很容易控制，如果是库调用，那么被调用者应该动态防范溢出，而不能寄托于编译判断。

没本

回复 2# mirnshi


    我只是举例子，用数字比用常量名更能说明问题，这些地方就别较真了吧。如果6小时没有人能回答我就公布答案。

AD8018

这样也要报错吗？
const int a = 3333;
MACRO_P(a);

没本

AD8018 发表于 2012-02-01 12:42
这样也要报错吗？
const int a = 3333;
MACRO_P(a);

不允许这么填参数，只能是数字常量，不能是常变量，如果这个问题也能在编译时查出来当然更好。

AD8018

没本 发表于 2012-02-01 12:47
不允许这么填参数，只能是数字常量，不能是常变量，如果这个问题也能在编译时查出来当然更好。

那不简单，需要几个数组，就填几个数值.

下面的A允许的范围为 0～2

1. 
   
2. 
   
3. #define CONCAT(X,Y)        X##Y
   
4. 
   
5. #define Out_of_range_0
   
6. #define Out_of_range_1
   
7. #define Out_of_range_2
   
8. 
   
9. 
   
10. #define MACRO_P(A)                                \
    
11. {                                                                \
    
12.         CONCAT(Out_of_range_,A)                \
    
13.         printf("%d\n", A);                        \
    
14. }
    
15. 
    
16. int main()
    
17. {
    
18.         MACRO_P(1)       
    
19.         MACRO_P(2)
    
20.         MACRO_P(0)
    
21.         //MACRO_P(10)
    
22. }
    

复制代码

没本

回复 6# AD8018


    这个方法能用，要是数值范围比较大就会不大灵活。应该还有更好的方法。

AD8018

没本 发表于 2012-02-01 16:02
回复 6# AD8018

我坚信没有，要有也是写多个宏的变种。

要不公布答案吧，如果我输了，愿意免费赠送百元之内图书一本，请网购自选，发链接，快递到府上。。。。

AD8018

禁书除外

没本

回复 8# AD8018


    图书就算了，我积分也可不少。到时间再公布答案，而且不只一个，我查到的方法就有四五种。