c - 如何在没有 x-macros 的情况下在 C 中获得类似反射的功能

Question

与this question on Software Engineering about easily serializing various struct contents on demand相关，我找到了一篇文章，它使用 x-macros 创建“开箱即用”结构序列化所需的结构元数据。我也看到过类似的“智能枚举”技术，但它归结为相同的原则，即获取枚举的字符串表示形式，或通过名称获取结构的字段值，或类似的东西。

然而，Stack Overflow 上经验丰富的 C 程序员指出，x-macros 应该避免作为“最后的手段”:

• Generic enum to text lookup in C
• Nested macro iteration with C preprocessor
• How to access member of struct dynamically in C?

我可能会找到更多相关的主题，但遗憾的是我没有将它们添加为书签，所以这只是一些 Google-fu。

也许正确答案类似于 Protocol Buffers ？但是，为什么用不同的语言创建结构定义(.proto 定义)然后运行一个构建步骤来生成 C 文件比使用内置的预处理器更可取呢？问题是这些技术仍然不允许我通过名称检索单个结构，我必须在两个项目之间共享相同的定义并使它们保持同步。

那么问题是:如果 x-macros 是“最后的手段”，那么解决我的问题的方法(当从不同的设备请求时轻松序列化各种内部数据)将是“第一手段”，或者在诉诸宏之前的任何方法 hell ？

Answer 1

借助 Boost 的一些预处理器魔法，我们可以使宏能够生成可反射的枚举。

我设法构建了下面提供的一个简单的概念验证实现。

---

首先，用法。关注:

ReflEnum(MyEnum,
    (first)
    (second , 42)
    (third)
)

扩展为:

enum MyEnum
{
    first,
    second = 42,
    third,
};

const char *EnumToString_MyEnum(enum MyEnum param)
{
    switch (param)
    {
      case first:
        return "first";
      case second:
        return "second";
      case third:
        return "third";
      default:
        return "<invalid>";
    }
}

因此一个完整的程序可能是这样的:

#include <stdio.h>

/*
 * Following is generated by the below ReflEnum():
 *   enum MyEnum {first, second = 42, third};
 *   const char *EnumToString_MyEnum(enum MyEnum value) {}
*/
ReflEnum(MyEnum,
    (first)
    (second , 42)
    (third)
)

int main()
{
    enum MyEnum foo = second;
    puts(EnumToString_MyEnum(foo));  // -> "second"
    puts(EnumToString_MyEnum(43));   // -> "third"
    puts(EnumToString_MyEnum(9001)); // -> "<invalid>"
}

---

这是实现本身。

它由两部分组成。代码本身和预处理器魔术头文件无耻地从 Boost 中窃取。

代码:

#define ReflEnum_impl_Item(...) PPUTILS_VA_CALL(ReflEnum_impl_Item_, __VA_ARGS__)(__VA_ARGS__)
#define ReflEnum_impl_Item_1(name)        name,
#define ReflEnum_impl_Item_2(name, value) name = value,

#define ReflEnum_impl_Case(...) case PPUTILS_VA_FIRST(__VA_ARGS__): return PPUTILS_STR(PPUTILS_VA_FIRST(__VA_ARGS__));

#define ReflEnum(name, seq) \
    enum name {PPUTILS_SEQ_APPLY(seq, ReflEnum_impl_Item)}; \
    const char *EnumToString_##name(enum name param) \
    { \
        switch (param) \
        { \
            PPUTILS_SEQ_APPLY(seq, ReflEnum_impl_Case) \
            default: return "<invalid>"; \
        } \
    }

扩展代码以支持字符串->枚举转换应该不会太；如果您不确定，请在评论中提问。

魔法:

请注意，预处理器魔法必须由脚本生成，并且您必须在生成它时选择最大枚举大小。生成很容易，留给读者作为练习。

Boost 默认大小为 64，下面的代码是为大小 4 生成的。

#define PPUTILS_E(...) __VA_ARGS__

#define PPUTILS_VA_FIRST(...) PPUTILS_VA_FIRST_IMPL_(__VA_ARGS__,)
#define PPUTILS_VA_FIRST_IMPL_(x, ...) x

#define PPUTILS_PARENS(...) (__VA_ARGS__)
#define PPUTILS_DEL_PARENS(...) PPUTILS_E __VA_ARGS__

#define PPUTILS_CC(a, b) PPUTILS_CC_IMPL_(a,b)
#define PPUTILS_CC_IMPL_(a, b) a##b

#define PPUTILS_CALL(macro, ...) macro(__VA_ARGS__)

#define PPUTILS_VA_SIZE(...) PPUTILS_VA_SIZE_IMPL_(__VA_ARGS__,4,3,2,1,0)
#define PPUTILS_VA_SIZE_IMPL_(i1,i2,i3,i4,size,...) size

#define PPUTILS_STR(...) PPUTILS_STR_IMPL_(__VA_ARGS__)
#define PPUTILS_STR_IMPL_(...) #__VA_ARGS__

#define PPUTILS_VA_CALL(name, ...) PPUTILS_CC(name, PPUTILS_VA_SIZE(__VA_ARGS__))

#define PPUTILS_SEQ_CALL(name, seq) PPUTILS_CC(name, PPUTILS_SEQ_SIZE(seq))

#define PPUTILS_SEQ_DEL_FIRST(seq) PPUTILS_SEQ_DEL_FIRST_IMPL_ seq
#define PPUTILS_SEQ_DEL_FIRST_IMPL_(...)

#define PPUTILS_SEQ_FIRST(seq) PPUTILS_DEL_PARENS(PPUTILS_VA_FIRST(PPUTILS_SEQ_FIRST_IMPL_ seq,))
#define PPUTILS_SEQ_FIRST_IMPL_(...) (__VA_ARGS__),

#define PPUTILS_SEQ_SIZE(seq) PPUTILS_CC(PPUTILS_SEQ_SIZE_0 seq, _VAL)
#define PPUTILS_SEQ_SIZE_0(...) PPUTILS_SEQ_SIZE_1
#define PPUTILS_SEQ_SIZE_1(...) PPUTILS_SEQ_SIZE_2
#define PPUTILS_SEQ_SIZE_2(...) PPUTILS_SEQ_SIZE_3
#define PPUTILS_SEQ_SIZE_3(...) PPUTILS_SEQ_SIZE_4
#define PPUTILS_SEQ_SIZE_4(...) PPUTILS_SEQ_SIZE_5
// Generate PPUTILS_SEQ_SIZE_i
#define PPUTILS_SEQ_SIZE_0_VAL 0
#define PPUTILS_SEQ_SIZE_1_VAL 1
#define PPUTILS_SEQ_SIZE_2_VAL 2
#define PPUTILS_SEQ_SIZE_3_VAL 3
#define PPUTILS_SEQ_SIZE_4_VAL 4
// Generate PPUTILS_SEQ_SIZE_i_VAL

#define PPUTILS_SEQ_APPLY(seq, macro) PPUTILS_SEQ_CALL(PPUTILS_SEQ_APPLY_, seq)(macro, seq)
#define PPUTILS_SEQ_APPLY_0(macro, seq)
#define PPUTILS_SEQ_APPLY_1(macro, seq) PPUTILS_CALL(macro, PPUTILS_SEQ_FIRST(seq))
#define PPUTILS_SEQ_APPLY_2(macro, seq) PPUTILS_CALL(macro, PPUTILS_SEQ_FIRST(seq)) PPUTILS_SEQ_CALL(PPUTILS_SEQ_APPLY_, PPUTILS_SEQ_DEL_FIRST(seq))(macro, PPUTILS_SEQ_DEL_FIRST(seq))
#define PPUTILS_SEQ_APPLY_3(macro, seq) PPUTILS_CALL(macro, PPUTILS_SEQ_FIRST(seq)) PPUTILS_SEQ_CALL(PPUTILS_SEQ_APPLY_, PPUTILS_SEQ_DEL_FIRST(seq))(macro, PPUTILS_SEQ_DEL_FIRST(seq))
#define PPUTILS_SEQ_APPLY_4(macro, seq) PPUTILS_CALL(macro, PPUTILS_SEQ_FIRST(seq)) PPUTILS_SEQ_CALL(PPUTILS_SEQ_APPLY_, PPUTILS_SEQ_DEL_FIRST(seq))(macro, PPUTILS_SEQ_DEL_FIRST(seq))
// Generate PPUTILS_SEQ_APPLY_i