C1X系列：type-generic macros

C1X系列：type-generic macros

 

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type-generic macros在新的C1X草案又称为Generic selection，根据它的提案和最新C1X草案，可将type-generic macros翻译成泛型宏或者通用类型宏。 type-generic macros是一种编译期技术，它允许开发人员根据宏的某个参数的类型来确定生成的内容。这与C++中的函数重载有点类似，但又有不同。

type-generic macros并不是 C1X提出的概念，早在C99时就有了，只不过当时没有对它进行标准化。 C99中引用了头文件<tgmath.h>，给开发人员提供大量初等数学数函接口。

在C99中，程序员可以以不同的类型来调用 sin函数， 比如：

sin(1)， 实际上调用sin(1.0)

sin(1.0F), 实际上调用sinf(1.0F)

sin(1.0L)，实际上调用sinl(1.0L)

实际上，sin这个接口是一个宏，它会用户传递的实际类型来决定最终调用的函数。 sin就是一个type-generic macro。

1. type-generic macros的技术现状

为了实现C99中tgmath.h中的接口，各个编译器八仙过海，各显神通。

 

Edison Design Group(EDG)为实现tgmath.h提出了一种编译魔法，让开发人员（库的开发者）使用__generic可轻松实现tgmath.h的接口。如上述的sin接口可定义如下：

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

__generic就是EDG的把戏，它并不生成生代码，只在编译期，根据x的类型float, double, long double, float complex, double complex或long double complex来选择后面对应的6个函数。

当然EDG的__generic用来实现C1X的type-generic macros是不行的，它只能识别浮点数和复数一共6种类型，并且__generic后的六种函数必须按这种顺序来排列， 但对C99标准中的generic function，这种技术已足够了。

 

gnu GCC算得上是一个体贴入微的编译器，它在不违背标准和C语义的情况下，提供很多编译时的内置小工具，让你编写功能强太，可以控制更底层的代码。当然，这些feature只能在gcc上使用。

C99中的sin在gcc可以蝉联 __builtin_choose_expr，__builtin_types_compatible_p和typeof来实现。

  
  
  
  
#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) 在编译期判断x的基础类型是否为long double（即除去const, volatile

等修饰符后的类型）， 而__builtin_choose_expr 是编译期的三元组运算符，如果条件为true，则运算第一个表达式，否则运算第二个




表达式。gcc编译器的tgmath.h实现，并没有使用上述的__builtin_技术，而是使用一些sizeof, typeof和其它__builtin_，但可读性非常差。

C1X之type-generic macros

目前type-generic macros有两个提案，分别是N1340 Extensible Generic Math Functions 和N1404 General support for type-generic macros . N1340从C99的tgmath实现谈起，提出将EDG的实现方案进行标准化，以解开发人员编写可移植的泛型宏之苦。N1404在N1340的基础上，对type-generic macros的语法形式方面进行改进，现已成形于最新的C1X草案中。

C1X中引入了新关键字_Generic来实现type-generic macros， 这就一个语法糖魔术，它根据第一个参数的类型，和后面的类型-表达式关联来实现编译期的替换。它的语法格式规定如下：

 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 可定义如下：

 

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

 

_Generic对第一个参数进行类型判断，然后根据从第二参数开始的类型-表达式关联表来进行编译期替换（或生成）。如果x为long double类型，那么_Generic(x, …)的结果为sinl，如果x为double类型，那么_Generic(x,…)的结果为sinf，否则结果为sin。可见_Generic实现就是一个generic selection。

有了_Generic，原本只有编译器才能玩的语法把戏，我们一样可以玩。例如编一个sum的数学接口，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中的参数可以支持更复杂的表达式，那就可以用来实现C++中的部分元编程，可惜它的参数表达式有限制。 不管怎么说_Generice是用来实现泛型宏的，而不是给开发人员任何变换的法戏，因此它的价值在于方便编写可移植的泛型宏。

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