11.02 Препроцессор

Форма для сдачи

Препроцессор (директивы define, undef, include). Схема трансляции программы

Классическая схема компиляции

1. Трансляция: текст на ЯП → объектный файл (результат трансляции — машинный код — и ссылки на требуемые внешние функции/переменные)
2. Компоновка: объектные файлы (в т. ч. взятые из библиотек) → исполняемый файл

Си:

0. Препроцессор
1. Трансляция в язык Ассемблера
2. Трансляция в объектный код
3. Компоновка

Вычисления периода компиляции

int main(void) {
        int two = 13 + 14;
}

• gcc -E …

• gcc -S -o- …

  • 13 + 14 превращается в 27

• gcc -C … (объектный файл ….o)

Атомарные макроопределения в роли констант

• Борьба с «магическими числами»:

   1 #include <stdio.h>
   2 #define SIZE 12
   3 
   4 int code[SIZE];
   5 char message[SIZE+1];
   6 
   7 int main(void) {
   8         fgets(message, SIZE+1, stdin);
   9         for (int i=0; i<SIZE; i++) {
  10                 code[i] = message[i];
  11                 printf("%02d ", code[i]);
  12         }
  13         puts("");
  14 }

• Вычисления периода компиляции (например, char message[12+1]) — не имеют отношения к препроцессору

• Макроподстановка — имеет (gcc -E …)

• Написать программу, которая вводит 7 чисел, умножает каждое на 7 и выводит; и это разные 7, определяемые двумя #define-ами (скажем, SIZE и MULT)

Условная компиляция

• ∃? макрос:

     1 #include <stdio.h>
     2 
     3 #ifdef VERBOSE
     4 #  define BLAH puts("Blah!")
     5 #else
     6 #  define BLAH
     7 #endif
     8 
     9 int main(void) {
    10         BLAH;
    11         puts("QQ");
    12         BLAH;
    13         return 0;
    14 }
  

  • cc -E …; cc -DVERBOSE -E …

  • cc/cc -DVERBOSE

• Модифицировать предыдущее упражнение так, чтобы обе константы можно было задавать (или не задавать) через -D

  • cc -DMULT=100 решение.c

• общий вид #if…

     1 #define ABCD 2
     2 #include <stdio.h>
     3 
     4 int main(void)
     5 {
     6 
     7 #ifdef ABCD
     8     printf("1: yes\n");
     9 #else
    10     printf("1: no\n");
    11 #endif
    12 
    13 #ifndef ABCD
    14     printf("2: no1\n");
    15 #elif ABCD == 2
    16     printf("2: yes\n");
    17 #else
    18     printf("2: no2\n");
    19 #endif
    20 
    21 #if !defined(DCBA) && (ABCD < 2 * 4 - 3)
    22     printf("3: yes\n");
    23 #endif
    24 
    25 // C23 directives #elifdef/#elifndef
    26 #ifdef CPU
    27     printf("4: no1\n");
    28 #elifdef GPU
    29     printf("4: no2\n");
    30 #elifndef RAM
    31     printf("4: yes\n"); // selected in C23 mode, may be selected in pre-C23 mode
    32 #else
    33     printf("4: no3\n"); // may be selected in pre-C23 mode
    34 #endif
    35 }
  

Встроенные макросы

Используются для кроссплатформенной условной компиляции

$ touch пустой_файл.h
$ gcc -E -dM пустой_файл.h

• Модифицировать с помощью #if предыдущее упражнение так, чтобы вводилось не больше 10 чисел

  • Определить новую константу для границы цикла — 10 или SIZE в зависимости от значения SIZE

Параметрические макросы

Есть два способа source code reuse:

• На уровне кода — функции (скомпилированная именованная часть кода + специальная инструкция «вызова»)
• На уровне текста — макросы (один фрагмент текста заменяется другим перед компиляцией)

На что из начала семестра похожи макросы? отчасти на БНФ

• 

     1 #define braced(s) printf("<<%s>>\n", s)
     2 …
     3         braced("QQ");
     4 …
  

• Написать макрос sign(x), который раскрывается в тернарное выражение, равное 1, если x ⩾ 0, иначе -1

• Плохой пример!

     1 #define cube(x) x*x*x
     2 
  

  • Написать пример использования, где этот макрос работает возведением в куб, и пример, где он не работает!

  • Улучшим: #define cube(x) (x)*(x)*(x)

    • Всё ещё можно понять неправильно! Как? нужна более приоритетная операция, например sizeof cube(5)

• Ещё улучшим #define cube(x) ((x)*(x)*(x))

• Написать макрос printel(указатель, индекс), который выводит элемент целочисленного массива

  • Как можно обмануть этот макрос, если не ставить индекс в круглые скобки? `int b[][4] = ; printel(b, 0][1);

Если успеем

Макрос — не обязательно одно выражение, это может быть любая строка (несколько операторов, например)

• Пример из лекции: чем плох такой макрос?

     1 #define swap(type, a, b) { type _c=a; a=b; b=_c; }
     2 
  

  • подсказка: тем, что это блочный оператор вместо атомарного ⇒ if (…) swap(…); else …; — не работает

• Переписать этот макрос по аналогии из лекции с помощью do … while(0). Написать программу, в которой проверяется, что макрос можно использовать в условном операторе if (…) swap(…); else …;

Д/З (предварительное)

TODO Предполагается, что в некоторых задачах надо будет писать только макроопределения. Во время тестирования к файлу с решением будет приписан (сначала или в конце) текст функции main() с макроподстановками, и полученный генерат уже пойдёт на компиляцию и тестирование. Такие задачи будут начинаться словами «Написать макроопределение …». В этих задачах разрешается определять функции, а в макрос класть вызов этих функций, если так удобнее.

1. Написать макроопределения SCREEN(имя, ширина, высота), DOT(x, y, c) и DISPLAY(имя). SCREEN(имя, ширина, высота) задаёт «текстовый экран» — двумерный массив имя типа char (заполненный точками). DOT(x, y, c) помещает на «экран» по координатам x, y символ c (координаты начинаются с 0 в левом нижнем углу). DISPLAY(имя) выводит экран построчно.

   • Подсказка. В DOT(x, y) как бы не хватает параметров «ширина» и «высота». Откуда их взять? Поскольку мы заводим локальный двумерный массив, его sizeof — это его площадь, а sizeof его нулевой строки — ширина.

2. Написать макроопределения INIT(имя, количество), INPUT(имя) и FREE(имя). INIT(имя, количество) заводит локальный массив строк имя на количество элементов (изначально содержащий NULL-ы); INPUT(имя) вводит не более количества строк, а FREE(имя) — освобождает память, занятую этими строками. Тестирующая программа при этом можем выглядеть так:

   •    1 int main(void) {
        2         INIT(arr, 12);
        3         INPUT(arr);
        4         for(int i=0; i<12; i++)
        5                 puts(arr[i]?arr[i]:"EMPTY");
        6         FREE(arr);
        7         return 0;
        8 }
     

   • Подсказка. В INPUT(имя) как бы не хватает параметра «количество»? Откуда его взять? Поскольку мы заводим ''локальный массив'' строк (а не char **), от него можно брать sizeof (не забываем, что это количество байтов, а не количество элементов типа char *`)

   • Подсказка 2. В free() можно передавать NULL

3. Написать программу, при компиляции которой будет задан макрос TYPENUM — чиcло от 1 до 4. 1 соответствует типу int, 2 — char, 3 — double и 4 — float. Программа должна будет ввести два значения соответствующего типа, сложить их и вывести результат. char вводится/выводится с помощью "%c"

4. Написать программу, при компиляции которой будет задан макрос FORMULA(x) — некоторое выражение над переменной x типа double. Написать программу, которая в цикле вводит число y и выводит double x такое, что y == FORMULA(x). Гарантируется, что FORMULA(x) — монотонно возрастающая функция от x (например, x²). Конец ввода — EOF.

   • Указание 1. Если взять a<x и b>x, то для монотонной функции f() годится метод половинного деления: если f((a+b)/2) меньше y, то сделать a равным (a+b)/2, иначе b, и так до равенства

   • Указание 2. Для вещественных чисел не работает a==b, но функция nextafter() покажет, что между a и b никаких других чисел уже нет.

   • Указание 3. В float.h есть константа DBL_MAX — максимальное хранимое число типа double (минимальное — -DBL_MAX). Вы не поверите, но половинное деление сходится очень быстро.