不同情况下 C 宏的不同行为

Question

这是代码，

#include<stdio.h>
#include<stdbool.h>

#define BUILD_BUG_ON(condition) ((void)sizeof(char[1 - 2*!!(condition)]))                                                               

struct my_struct {
    int a, b;
//  char c;
};

int main() {
    bool cond = 1;
    BUILD_BUG_ON((sizeof(struct my_struct) % 8) != 0);
    BUILD_BUG_ON(cond);
    return 0;
}

如果结构体 sizeof 不等于 8，则首次使用 BUILD_BUG_ON(condition) 宏会引发编译错误，因为条件将评估为真。但是即使我提供了真实的条件，第二次使用宏也不会引发编译错误。我无法理解这种行为。谁能解释一下？

Answer 1

BUILD_BUG_ON 宏旨在实现编译时断言。

给定一个可以在编译时求值的参数，如果参数为非零 (true)，则会导致编译时失败，如果参数为非零 (false)，则不执行任何操作。

它不适用于在运行时评估的参数。

#define BUILD_BUG_ON(condition) ((void)sizeof(char[1 - 2*!!(condition)]))

!! 是两个逻辑“非”运算符；它们的作用是将0 的值标准化为0，并将任何非零值标准化为1。

如果结果条件为1 (true)，则1 - 2*!!(condition) 的值为-1。如果条件为0（false），则值为1。

数组的大小不得为负（或零）。一些编译器可能支持零长度数组作为扩展；这个宏确保即使是这样的编译器也能诊断出错误。如果大小是常量表达式，则具有负大小的数组是违反约束的，需要编译时诊断。

如果表达式为假，则没有错误；宏扩展为一个什么都不做的表达式。如果表达式为真并且是一个常量表达式，那么宏的扩展会尝试定义一个负大小的数组，从而导致编译时错误。

如果表达式不是常量，则宏不起作用。 C（C99 和更高版本）允许可变长度数组（VLA）。零长度或负长度的 VLA 是不允许的，但定义这样的 VLA 通常不能在编译时检测到。这是未定义的行为——在这种情况下，它可能什么都不做。 （只是为了使事情复杂化，文件范围内不允许使用 VLA。）

理想情况下，宏应附有说明如何使用它的文档。该文档应说明参数必须是编译时表达式。

底线：您应该只将此宏与常量表达式参数一起使用。 （要测试运行时表达式，您可以使用assert()。）如果您使用具有零值的非常量表达式，则行为未定义；最可能的结果是预期的“断言”不会触发并且不会检测到错误。

Answer 2

改变

BUILD_BUG_ON(cond);

到

BUILD_BUG_ON(1);

获得预期的行为。

如果 cond 值仅在运行时可用，则在未优化的构建中生成计算所需 sizeof 的代码（并丢弃其结果），或者在优化的构建中完全忽略整个表达式。

Answer 3

我认为你的方法完全不自然。
这是糟糕的代码，即使它会起作用。
您可以尝试更自然的方法来处理错误。

断言

宏 assert 在运行时测试条件，如果测试失败，则会显示错误消息。

 #include <assert.h>
 int main(void)
 {
     assert((sizeof(struct my_struct) % 8) != 0);
 }

static_assert

在 C11 投诉编译器中，static_assert(condition, "Error message") 对常量表达式执行您想要的操作：

static_assert((sizeof(struct my_struct) % 8) != 0, "Wrong struct");  

#if 和 #error

也可以使用#if 和#error 编译器指令，但在这种情况下我不建议你，因为sizeof 不被#if 理解。

语法是：

#if some_condition // Put an integer constant expression readable by an #if.
#  error This is wrong.
#endif

这三种方法中的一些必须满足您的需求。