C++ 或 C99 理论上可以编译成同样便携的 C90 吗？

Question

这是一个大问题，所以让我先解决一些问题：

1. 让我们忽略一些 C++ 功能无法在 C 中实现的事实（例如，支持链接到的任何全局静态对象的 pre-main 初始化）。
2. 这是一个关于理论上可行的思想实验。请不要写信说这有多难（我知道），或者我应该做 X。这不是一个实际问题，而是一个有趣的理论问题。 :)

问题是：理论上是否有可能将 C++ 或 C99 编译为 C89 并且与原始源代码一样可移植？

Cfront 和 Comeau C/C++ 已经将 C++ 编译为 C。但是，据 Comeau 的销售人员称，对于 Comeau，他们生产的 C 不是便携式的。我自己没有使用过 Comeau 编译器，但我推测造成这种情况的原因是：

1. INT_MAX、offsetof()等宏已经被扩展，它们的扩展是平台特定的。
2. #ifdef等条件编译已经解决。

我的问题是这些问题是否可能以一种强有力的方式被克服。换句话说，是否可以编写一个完美 C++ 到 C 的编译器（以不支持的 C++ 特性为模）？

诀窍在于，您必须将宏扩展到足以进行可靠解析的程度，然后将它们折叠回未扩展的形式（因此它们再次可移植且独立于平台）。但是否存在根本不可能做到这一点的情况？

任何人都很难断然地说“是的，这是可能的”，但我很想看到任何具体的反例：由于某种深层原因无法以这种方式编译的代码 sn-ps。我对 C++ 和 C99 的反例都感兴趣。

我将从一个粗略的例子开始，只是为了说明我认为反例可能是什么样子。

#ifdef __SSE__
#define OP <
#else
#define OP >
#endif

class Foo {
 public:
  bool operator <(const Foo& other) { return true; }
  bool operator >(const Foo& other) { return false; }
};

bool f() { return Foo() OP Foo(); }

这很棘手，因为OP 的值以及此处生成的方法调用是特定于平台的。但是编译器似乎有可能识别出语句的解析树依赖于宏的值，并将宏的可能性扩展为：

bool f() {
#if __SSE__
   return Foo_operator_lessthan(...);
#else
   return Foo_operator_greaterthan(...);
#endif
}

Answer 1

这不仅在理论上可行，而且在实践中也很简单——将 LLVM 与 cbe 目标一起使用。

Answer 2

理论上所有图灵完备的语言都是等价的。

您可以将 C++ 编译为目标代码，然后将其反编译为纯 C 或使用纯 C 编写的解释器。

Answer 3

理论上当然可以先将任何东西编译成 C，但这样做并不实际，特别是对于 C++。

对于 Foo 运算符

bool isLess(const struct Foo * left, const struct Foo * right );

作为函数签名。 （如果 C90 不允许 bool 则返回 int 或 char，类似的旧 C 版本不允许 const，请不要使用它）。

虚函数比较棘手，需要函数指针。

struct A
{
   virtual int method( const std::string & str );
};

struct A
{
   int (*method)( struct A*, const struct string *);
};

a.method( "Hello" );


a.method( &a, create_String( "hello" ) ); 
          // and take care of the pointer returned by create_String

Answer 4

有许多细微的差别。例如，考虑以下行：

int i = UINT_MAX;

IIRC，在 C++ 中，这分配了一个实现定义的值。在 C99 和 C89 中，它分配一个实现定义的值，或引发一个实现定义的信号。因此，如果您在 C++ 中看到这一行，则不能直接将其传递给未经修改的 C89 编译器，除非您做出不可移植的假设，即它不会引发信号。

顺便说一句，如果我记错了，想想你自己的例子，即与相对简单的表达式相关的标准差异......

因此，正如“grep”所说，您可以这样做，因为 C89 是一种足够丰富的语言来表达一般计算。基于同样的理由，您可以编写一个发出 Perl 源代码的 C++ 编译器。

不过，根据您的问题，您正在想象编译器将对原始代码进行一组已定义的修改，以使其编译为 C89。事实上，即使对于 C++ 或 C99 中的简单表达式，发出的 C89 可能看起来与原始源代码完全不同。

另外，我忽略了可能标准库的某些部分您无法实现，因为 C89 不提供这些功能，所以您最终会得到一个“编译器”但不是完整的实现。我不知道。正如 dribeas 指出的那样，像 VLA 这样的低级函数存在问题——基本上你不能将 C89“堆栈”用作 C99“堆栈”。相反，您必须从 C89 动态分配内存以用于 C99 源代码中所需的自动变量。

Answer 5

一个大问题是例外。可以使用setjmp、longjmp 等来模拟它们，但与真正的设备感知展开引擎相比，这总是非常低效。

Answer 6

http://www.comeaucomputing.com

没有比工作示例更好的可行性证明了。 Comeau 是最符合标准的 c++03 编译器之一，并且支持即将发布的标准的许多功能，但它并不会真正生成二进制代码。它只是将你的 c++ 代码翻译成可以用不同的 C 后端编译的 c 代码。

至于可移植性，我认为这是不可能的。如果没有编译器特定的扩展，有些功能是无法实现的。想到的第一个例子是 C99 动态数组：int n; int array[n];，它不能在纯 C89 (AFAIK) 中实现，但可以在 alloca 等扩展之上实现。