C预处理器能进行算术运算吗？如果可以的话，如何操作？

Question

C预处理器能进行算术运算吗？如果可以的话，如何操作？

ccompiler-constructioncompiler-optimizationc-preprocessor

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我目前正在为一个微控制器编写代码；由于ATmega128没有硬件乘法器或除法器，这些操作必须在软件中完成，并且它们占用了相当多的周期。

然而，为了代码的可移植性和使用方便，我更希望不将预先计算的值硬编码到我的代码中。例如，我有许多任务依赖于系统时钟频率。目前我运行在16 MHz，但如果我选择降低频率，比如为了电池应用减少功耗，我想只改变一行代码而不是很多行。

所以说，C预处理器能否计算算术表达式，然后将结果“粘贴”到我的代码中，而不是将原始表达式“粘贴”到代码中？如果可以，我该如何做呢？是否需要考虑编译器选项之类的东西？

注意：我要计算的值是常量值，所以我认为这应该是一个功能。

- audiFanatic

3

如果这些表达式是常量，它们不是已经被编译器优化掉了吗？ - 1''

1

请返回翻译后的文本。 - phuclv

目前我正在使用C89，但我可以切换到C99。不过我不确定如何使用它们，因为我正在使用IAR嵌入式工作台。 - audiFanatic

之前从未听说过这个编译器/集成开发环境，我注意到它不是通常的 gcc 版本，而是一个完全不同的东西。我认为，一般情况下也很少见到支持这个编译器的库。祝你好运。也许由于这个编译器并不那么流行，你应该尝试从一些针对 IAR 的 IRC、邮件列表或论坛获得帮助。 - user2485710

1

可能是Can the C preprocessor perform integer arithmetic?的重复问题。 - M.M

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4个回答

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是的，你可以使用预处理器进行算术运算，但这需要很多工作。阅读这个页面，展示了如何创建一个递增计数器和一个while循环。因此，你可以通过这种方式来进行加法运算。

#define ADD_PRED(x, y) y
#define ADD_OP(x, y) INC(x), DEC(y)
#define ADD(x, y) WHILE(ADD_PRED, ADD_OP, x, y)

EVAL(ADD(1, 2)) // Expands to 3

所以，通过重复使用ADD宏，你可以创建一个MUL宏。就像这样：

#define MUL_PRED(r, x, y) y
#define MUL_OP(r, x, y) ADD(r, x), x, DEC(y)
#define MUL_FINAL(r, x, y) r
#define MUL(x, y) MUL_FINAL(WHILE(MUL_PRED, MUL_OP, 0, x, y))

EVAL(MUL(2, 3)) // Expands to 6

除法和减法可以以类似的方式构建。

- Paul Fultz II

宏定义了预处理器的加/减/乘/除的宏。但是对值范围有一些限制（饱和到BOOST_PP_LIMIT_MAG，可能定义为240）。https://www.boost.org/doc/libs/1_72_0/libs/preprocessor/doc/ref/add.html 和 c preprocessor: arithmetic in concatenation展示了一个示例。 - Peter Cordes

3

可以这样做，但是不需要：除非你确实想生成一些包含数字的新标识符（例如像 func1, func2 这样的东西），否则不需要涉及预处理器。

像 1 + 2 * 3 这样的表达式，其中所有元素都是编译时常量整数值，将在编译时替换为单个结果（这在 C 标准中或多或少是必需的，因此它并不是“真正”的优化）。所以只需使用#define定义常量来命名可以从一个地方更改的值，确保表达式不涉及任何运行时变量，除非你的编译器有意阻挠你，否则就没有运行时操作要担心。

- Alex Celeste

好的，那么无论如何，只要我的#define中没有变量，我的表达式都将在编译时被替换为单个常量？ - audiFanatic

我会再次检查汇编代码，以防万一。并非所有嵌入式C编译器都遵循C规范；有些偏离得相当大。 - nneonneo

2

@Leushenko 在第二种情况下，甚至可以使用枚举而不是定义，这样程序更容易调试，而且根本不需要预处理器。 - Étienne

@Étienne：而且使用enum时，常量表达式的值被强制在编译时计算，如果我没记错的话，这是标准规定的。 - Jack

0

我使用gcc -E编译了一个包含以下行的文件。

#define MUL(A, B) ((A)*(B))

#define CONST_A 10
#define CONST_B 20

int foo()
{
   return MUL(CONST_A, CONST_B);
}

输出结果为：

# 1 "test-96.c"
# 1 "<command-line>"
# 1 "test-96.c"


int foo()
{
   return ((10)*(20));
}

那只是一个数据点而已。

- R Sahu

2

应该这样使用预处理器 - 它只是文本替换。编译器本身通常会在编译时将表达式替换为常量。 - Kevin Lam

网页内容由stack overflow 提供, 点击上面的

可以查看英文原文，
原文链接

- Mike Kinghan · Accepted Answer

这是一个问题：

Q1. C预处理器能进行算术运算吗？

这是另一个问题：

Q2. C预处理器能计算算术表达式，然后将结果“粘贴”到我的代码中，而不是将原始表达式“粘贴”到代码中吗？

Q1的答案是是。Q2的答案是否定的。这两个事实可以用下面的文件说明：

foo.c

#define EXPR ((1 + 2) * 3)
#if EXPR == 9
int nine = EXPR;
#else
int not_nine = EXPR;
#endif

如果我们将这个文件传递给C预处理器，可以通过cpp foo.c或等效的gcc -E foo.c来实现，我们会看到以下输出：

# 1 "foo.c"
# 1 "<command-line>"
# 1 "/usr/include/stdc-predef.h" 1 3 4
# 30 "/usr/include/stdc-predef.h" 3 4
# 1 "/usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/predefs.h" 1 3 4
# 31 "/usr/include/stdc-predef.h" 2 3 4
# 1 "<command-line>" 2
# 1 "foo.c"


int nine = ((1 + 2) * 3);

预处理器保留定义变量 int nine 的那一行，删除定义变量 not_nine 的那一行，这表明它正确执行了计算表达式 #if EXPR == 9 所需的算术运算。

定义的预处理文本为 int nine = ((1 + 2) * 3);，这表明 #define 指令使预处理器将 EXPR 替换为其定义 ((1 + 2) * 3)，而不是其定义的算术值 9。

C预处理器除了 #define 指令外，还有没有其他指令会产生第二种效果呢？答案是否定的。

但这当然并不意味着定义变量 int nine 必须涉及 运行时计算，因为编译器几乎肯定会在编译时计算算术表达式 ((1 + 2) * 3) 并将其替换为常量 9。

我们可以通过检查编译后的目标文件来看编译器如何翻译源文件。大多数工具链都会提供类似 GNU binutils 的 objdump 工具来协助完成这项工作。如果我使用 gcc 编译 foo.c：

gcc -c -o foo.o foo.c

然后调用：

objdump -s foo.o

要查看 foo.o 的全部内容，我得到：

foo.o:     file format elf64-x86-64

Contents of section .data:
 0000 09000000                             ....            
Contents of section .comment:
 0000 00474343 3a202855 62756e74 752f4c69  .GCC: (Ubuntu/Li
 0010 6e61726f 20342e38 2e312d31 30756275  naro 4.8.1-10ubu
 0020 6e747539 2920342e 382e3100           ntu9) 4.8.1.

希望在 .data 部分中硬编码的数字 9 已经出现了。

请注意，预处理器的算术能力仅限于整数算术。