从编译器获取参数时，有没有办法避免预处理器宏？

Question

我正在编写一个库，它需要进行一些编译时间计算，并构建一个编译时间常量数组。问题是我需要一种方法来指定这个数组的最大大小......我知道的唯一方法是让它成为传递给编译器的可配置选项。

然后您可以将它与预处理器指令一起使用，例如：

#ifndef MAX_SIZE
    constexpr auto maxSize = 42; // Some default value if no MAX_SIZE is specified
#else
    constexpr auto maxSize = MAX_SIZE;
#endif

要设置使用 gcc 编译时的最大大小，可以使用选项-DMAX_SIZE=<desired_size> 编译代码。

我遇到的问题是它涉及使用预处理器宏从编译器获取MAX_SIZE 参数。预处理器宏被认为是邪恶的原因有很多（我不会在这里讨论，因为这不是问题的重点）。

有什么方法可以在不使用预处理器宏的情况下实现此功能？ （我有多达 C++20 可用，因此请随意使用您的解决方案 -- 大部分情况下，其中一些尚未由 gcc 10 实现）

Answer 1

还有其他方法，但您可能不想使用它们。您正在做的是很好地使用预处理器。虽然我会写这样的东西：

#ifndef MAX_SIZE
#define MAX_SIZE 42
#endif
constexpr size_t maxSize = MAX_SIZE;

这样实际代码部分、变量类型、名称等只需要编写一次。还要考虑：

#indef MAX_SIZE
#error "You need to define MAX_SIZE to compile this code, e.g. -DMAX_SIZE=42"
#endif

这样，当他们不想使用默认值时，人们不会使用默认值，因为他们不知道如何定义它，或者构建系统中的某些东西使 -D 标志在某个地方丢失了。

但还有其他方法可以避免使用预处理器宏！

自己生成源代码。虽然这可能看起来很复杂，而且通常很复杂，但有一些方法可以让它变得不那么复杂。构造代码，使必须生成的部分很小。例如，从maxSize 的单个定义中派生其他值，而不是生成所有需要知道大小的代码。在某些情况下，也有一些系统已经可以做到这一点。例如，如果使用 CMake，请创建一个 header.h.in 文件，如下所示：

constexpr size_t maxSize = @MAXSIZE@;

然后把它放到一个 CMakeLists.txt 文件中：

set(MAXSIZE 42)
configure_file(header.h.in header.h @ONLY ESCAPE_QUOTES)

项目建好后，cmake会将header.h.in转成header.h，@MAXSIZE@改成42。 这没有使用 C++ 预处理器，但我们有效地使用 CMake 预处理器在编译文件之前对其进行预处理，所以真的，有什么不同吗？它只是一种不同的预处理器语言（它不如 C/C++ 预处理器语言）。

另一种方法是使用链接时间常数。链接器符号通常是函数或全局变量的名称。具有静态存储持续时间的东西。符号的值是对象的地址。但是可以在链接器的命令中定义您想要的任何符号。这是一个示例 C 文件：

#include <stdio.h>
char array1[1];
extern array2[];
int main(void) { printf("%p %p\n", array1, array2); return 0; }

使用 gcc 编译为gcc example.c -Wl,--defsym=array2=0xf00d。

就像它打印array1的地址一样，它会打印0xf00d作为array2的地址。因此，我们在代码中注入了一个常量，而不使用任何预处理器，无论是 C 还是 CMake。

但是编译器不知道这个值，只有链接器知道。它不是“整数常量表达式”，不能在某些地方使用，例如大小写标签或具有静态存储持续时间的对象的大小。因为编译器需要知道那些编译代码的确切值。编译器在不知道array1 或array2 的确切值的情况下为 printf 调用生成了代码。对于 case 语句标签，它无法做到这一点。这实际上是因为“整数常量表达式”存在于 C/C++ 标准中，并且与常量和具有整数类型的表达式不同。

Answer 2

据我所知，除了 GCC 中的宏定义之外，没有其他基于编译器的机制来参数化编译。

在编译器之外，您可以使用元编程：编写一个在编译之前生成源代码的程序。这与使用预处理器基本相同，只是您可以选择任何语言或工具来代替标准预处理器。

这种选择的缺点是由于额外的步骤而增加了构建的复杂性。这种方法可用于回避预处理器的问题，但可能会引入自定义处理器的新问题。