组合 _Generic 宏

Question

我对 C11 的 _Generic 机制感到高兴 - 类型切换是我在 C++ 中怀念的东西。然而，事实证明它很难编写。

例如，给定函数:

bool write_int(int);
bool write_foo(foo);
bool write_bar(bar);
// bool write_unknown is not implemented

然后我可以写

#define write(X) _Generic((X), \
  int : write_int, \
  foo: write_foo, \
  bar: write_bar, \
  default: write_unknown)(X)

并且，如果我不尝试使用 &write 或将其传递给函数，我可以调用 write(obj) 并且，如果 obj 是其中一种类型的实例，一切都很好。

然而，一般来说，foo 和 bar 彼此完全无关。它们在不同的头文件中定义，很少(但偶尔)在单个源文件中一起使用。那么扩展到 _Generic 的宏应该写在哪里呢？

目前，我正在积累名为 write.h、equal.h、copy.h、move.h 之类的头文件，每个文件都包含一组函数原型(prototype)和一个 _Generic。这是可行的，但并不出色。我不喜欢将程序中每种类型的列表集中在一个地方的要求。

我希望能够在头文件中定义类型 foo 以及函数 write_foo，并以某种方式让客户端代码能够调用“函数”write。默认值看起来像一个 vector ，通过它可以实现这一点。

我可以在此站点上找到的最接近的匹配项是 c11 generic adding types它有一个部分解决方案，但我还不够了解如何组合各种宏。

比方说，在定义 write_bar 的头文件中的某处，我们有一个现有的宏定义:

#define write(x) _Generic((x), bar: write_bar, default: some_magic_here)(x)

或者我们可以省略尾随的 (x)

#define write_impl(x) _Generic((x), bar: write_bar, default: some_magic_here)

在此 header 的下方，我想要一个处理 foo 或 bar 的 write() 版本。我认为它需要在默认情况下调用现有的宏，但我不相信预处理器能够重命名现有的写入宏。如果能够，以下可能会起作用:

#ifndef WRITE_3
#define WRITE_3(X) write(x)
#undef write(x)
#define write(x) __Generic((x),foo: write_foo,default: WRITE_3)(x)

刚刚输入后，我可以看到一条前进的道路:

// In bar.h
#ifndef WRITE_1
#define WRITE_1(x) __Generic((x), bar: write_bar)
#elif !defined(WRITE_2)
#define WRITE_2(x) __Generic((x), bar: write_bar)
#elif !defined(WRITE_3)
#define WRITE_3(x) __Generic((x), bar: write_bar)
#endif
// In foo.h
#ifndef WRITE_1
#define WRITE_1(x) __Generic((x), foo: write_foo)
#elif !defined(WRITE_2)
#define WRITE_2(x) __Generic((x), foo: write_foo)
#elif !defined(WRITE_3)
#define WRITE_3(x) __Generic((x), foo: write_foo)
#endif
// In write.h, which unfortunately needs to be included after the other two
// but happily they can be included in either order
#ifdef WRITE_2
#define write(x) WRITE_1(x) WRITE_2(x) (x)
#elif
// etc
#endif

但这实际上不起作用，因为当 x 与参数列表不匹配时，我找不到使 WRITE_N(x) 展开为空的方法。我看到了错误

controlling expression type 'struct foo' not compatible with any generic association type

或者

expected expression // attempting to present an empty default clause

我相信在几个文件之间分配 write() 定义 |我需要解决上述任一问题。在默认情况下减少为无的 _Generic 子句将起作用，如果没有类型匹配则减少为无。

如果函数采用指向结构的指针而不是结构的实例，并且我提供 write_void(void*x) {(void)x;} 作为默认选项，那么代码会编译并运行。但是，扩展写为

write(x) => write_void(x); write_foo(x); write_void(x);

本身显然很糟糕，而且我真的不想通过指针传递所有内容。

那么 - 任何人都可以看到一种增量定义单个 _Generic“函数”的方法，即不从它将映射的所有类型的列表开始吗？谢谢。

Answer 1

跨多个不相关文件的类型泛型函数的需求表明程序设计很差。

要么这些文件是相关的，并且应该共享一个共同的父类(“抽象基类”)，然后可以在其中声明泛型宏和函数声明。

或者它们不相关，但出于某种原因共享一些通用方法，在这种情况下，您需要发明一个通用的通用抽象层接口(interface)，然后它们才能实现。您应该始终首先考虑系统级别的程序设计。

这个答案没有使用_Generic，而是提出了一个完全不同的程序设计。

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以注释中的示例为例，bool equal(T lhs, T rhs)。也就是上面两种情况的后一种情况，多个模块共享的公共(public)接口(interface)。首先要注意的是，这是一个仿函数，一个可以依次被通用算法(例如搜索/排序算法)使用的函数。 C 标准建议应该如何编写仿函数:

int compare (const void* p1, const void* p2)

这是标准函数 bsearch 和 qsort 使用的格式。除非你有充分的理由，否则你不应该偏离这种格式，因为如果你不这样做，你将免费进行搜索和排序。此外，这种形式的优点是可以在同一个函数中进行更小、更大和相等的检查。

在 C 中为此类函数实现通用接口(interface)的经典 C 方法是包含此宏的 header :

接口(interface)标题:

#define compare(type, x, y) (compare_ ## type(x, y))

实现 header 的模块:

// int.c
int compare_int (const void* p1, const void* p2)
{
  return *(int*)p1 - *(int*)p2;
}

来电者:

if( compare(int, a, b) == 0 )
{
  // equal
}

这具有抽象的优点:接口(interface)头文件不需要知道所有使用的类型。缺点是根本没有类型安全。

(但这是 C，你永远不会通过编译器获得 100% 的类型安全。如果它是一个大问题，请使用静态分析。)

在 C11 中，您可以通过引入 _Generic 宏来稍微提高类型安全性。但这有一个大问题:该宏必须提前了解所有现有类型，因此您不能将其放在抽象接口(interface) header 中。相反，它应该不在一个公共(public)头文件中，因为那样您将在使用该头文件的每个单独的、不相关的模块之间创建紧密耦合。您可以在调用应用程序中创建这样一个宏，不是为了定义接口(interface)，而是为了确保类型安全。

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您可以改为通过继承抽象基类来强制实现接口(interface):

// interface.h
typedef int compare_t (const void* p1, const void* p2);

typedef struct data_t data_t; // incomplete type

typedef struct
{
  compare_t* compare;
  data_t*    data;
} interface_t;

继承接口(interface)的模块在创建对象时将比较函数指针设置为指向特定的比较函数。 data 是模块私有(private)的，可以是任何东西。假设我们创建一个名为“xy”的模块继承了上述接口(interface):

//xy.c
struct data_t
{
  int x;
  int y;
};

static int compare_xy (const void* p1, const void* p2)
{
  // compare an xy object in some meaningful way
}

void xy_create (interface_t* inter, int x, int y)
{
  inter->data = malloc(sizeof(data_t));
  assert(inter->data != NULL);

  inter->compare = compare_xy;
  inter->data->x = x;
  inter->data->y = y;
}

然后调用者可以使用通用interface_t 并调用compare 成员。我们已经实现了多态性，因为随后将调用特定于类型的比较函数。