Mdr-C-Tutorial

12.1 泛型选择 ​

泛型选择 (Generic Selection) 是 C11 标准引入的一个新特性，它根据表达式的类型来选择不同的值。通过 _Generic 关键字实现。

1. 基本语法 ​

_Generic 的基本语法如下：

c
_Generic(表达式,
    类型1: 值1,
    类型2: 值2,
    default: 默认值
)

当编译器对 _Generic 表达式求值时，它会：

  1. 确定括号中表达式的类型
  2. 在类型列表中查找匹配项
  3. 如果找到匹配的类型，返回对应的值
  4. 如果没有找到匹配项，返回 default 对应的值

2. 实际示例 ​

c
#include <stdio.h>

#define TYPE_NAME(x) _Generic((x), \
    int: "整数", \
    double: "双精度浮点数", \
    char: "字符", \
    default: "未知类型" \
)

int main() {
    int i = 42;
    double d = 3.14;
    char c = 'A';
    char* s = "Hello World!";

    printf("i 的类型是：%s\n", TYPE_NAME(i));
    printf("d 的类型是：%s\n", TYPE_NAME(d));
    printf("c 的类型是：%s\n", TYPE_NAME(c));
    printf("s 的类型是：%s\n", TYPE_NAME(s));

    return 0;
}

输出：

bash

i 的类型是：整数 d 的类型是：双精度浮点数 c 的类型是：字符 s 的类型是：未知类型

3. 实用场景 ​

_Generic 最常见的用途是实现类型泛型的宏。下面用一个简单的类型名称打印宏演示核心思路：

c
#include <stdio.h>

#define PRINT_TYPE(x) printf("类型：%s\n", _Generic((x), \
    int: "整数", \
    double: "双精度浮点数", \
    float: "单精度浮点数", \
    default: "未知类型" \
))

int main(void) {
    int i = 42;
    double d = 3.14;
    float f = 2.71f;

    PRINT_TYPE(i);
    PRINT_TYPE(d);
    PRINT_TYPE(f);

    return 0;
}

更复杂的场景（如根据类型分派到不同函数）需要第 6 章已经介绍的函数定义语法。

4. 习题 ​

#11203
⚡3⏳2

下面这段程序用 _Generic 判断类型名称：

c
#include <stdio.h>

#define KIND(x) _Generic((x), \
    char: "char", \
    int: "int", \
    unsigned: "unsigned", \
    float: "float", \
    double: "double", \
    int *: "int *", \
    char *: "char *", \
    default: "其他" \
)

int main(void) {
    char c = 'A';
    const int ci = 2;
    short s = 3;
    int arr[4] = {0};
    printf("%s\n", KIND(c));
    printf("%s\n", KIND(ci));
    printf("%s\n", KIND(s));
    printf("%s\n", KIND(arr));
    printf("%s\n", KIND("abc"));
    return 0;
}

(1) [2.2] 不运行，写出五行输出，并说明 ci 与 "abc" 各匹配到哪一个分支。

(2) [2.2] 只删去 default 一行，重新编译。哪一行最先报错，报的是什么？说明 short 与 int 在 _Generic 里为什么不算同一种类型。

(3) [3.1] 在 main 之前加上：

c
static int calls;
static int bump(void) {
    ++calls;
    return 1;
}

把最后一行 printf("%s\n", KIND("abc")); 改成 printf("%s\n", KIND(bump()));。运行后 calls 是多少？说明 _Generic 对括号里的表达式做了什么、没做什么。

#11204
⚡3⏳3

实现一个按实参类型选择绝对值的宏：

c
#define MDR_ABS(x) /* 补全 */

要求：

  1. int、long、long long 分别调用 abs、labs、llabs，float、double 分别调用 fabsf、fabs；按需包含 stdlib.h 与 math.h。
  2. 不运行，用 _Generic 断定 MDR_ABS(-1)、MDR_ABS(-1L)、MDR_ABS(-1LL)、MDR_ABS(-1.0f)、MDR_ABS(-1.0) 的返回类型依次为 int、long、long long、float、double：写一个把类型映射到类型名的辅助宏，把这五个表达式各打印一行。这五行同时验证了分支里选的是哪个函数，以及返回类型没有被提升或截断。
  3. 验证实参只求值一次：写一个每次调用让计数加一的 next()，执行 int r = MDR_ABS(next());，确认计数为 1。再写一个普通的 #define BAD_ABS(x) ((x) < 0 ? -(x) : (x))，同样以 next() 为实参，比较两者的计数。说明 _Generic 的括号里的表达式与结果表达式各被求值几次，这与宏参数展开两次的写法区别在哪里。
  4. 再给 short 加一个分支，调用 abs。说明分支里写函数名而不是写调用表达式的好处，以及为什么这个分支的返回类型是 int。

验收：MDR_ABS(-3)、MDR_ABS(-4L)、MDR_ABS(-5LL)、MDR_ABS(-1.5f)、MDR_ABS(-2.5) 分别得到 3、4、5、1.50、2.50；MDR_ABS((short)-7) 得到 7。

#11205
⚡3⏳3

下面的宏想按实参类型选择 printf 的转换说明，分支还没有填：

c
#include <stdio.h>

#define PRINT_VALUE(x) printf(_Generic((x), \
    /* 补全 */ \
), (x))

要求：

  1. 补全分支，使 int、unsigned int、long、long long、float、double、char *、const char * 分别使用 "%d\n"、"%u\n"、"%ld\n"、"%lld\n"、"%g\n"、"%g\n"、"%s\n"、"%s\n"。宏里不写 default。

  2. 用一组对象验证：int 取 -1，unsigned int 取 7u，long 取 123456789L，long long 取 -9000000000LL，float 取 2.5f，double 取 3.25，字符数组 buf 的内容为 "buffer"，const char *s 指向 "literal pointer"。写出完整输出。

  3. 增加一行 short s = 1; PRINT_VALUE(s);，编译会发生什么？为什么这里不像普通函数调用那样把 short 提升为 int？

  4. 如果把 char * 分支删掉、只留 const char *，PRINT_VALUE("abc") 还能编译吗？说明字符串字面量在 _Generic 里的类型。

  5. 写一个每次调用让计数加一的 next()，执行 PRINT_VALUE(next())，确认计数只加了 1。宏展开后 next() 出现了两次：一次在 _Generic 的括号里，一次在 printf 的实参表末尾。说明为什么只有后者真正执行，计数为什么不是 2。

  6. 给宏再加一个 long double: "%Lf\n" 分支，但程序从不传入 long double。编译能否通过？再把这一分支的字符串换成未声明的标识符 undeclared_symbol，重新编译。由此说明 _Generic 中未被选中的分支需要满足什么条件。

#11206
⚡4⏳4

strchr 的返回类型是 char *，对 const char * 实参调用时会丢掉 const。用泛型选择做一个保留 const 的版本：

c
char *strchr_mut(char *s, int c);
const char *strchr_const(const char *s, int c);

#define MDR_STRCHR(s, c) /* 补全 */

(1) [3.3] 补全宏，使 char * 实参得到 char *，const char * 实参得到 const char *。两个辅助函数内部调用标准库的 strchr，strchr_const 的返回值就是 strchr 的结果，strchr_mut 需要把标准库返回的 char * 直接返回。

(2) [2.2] 写测试：对 char buf[] = "hello"; 调用 MDR_STRCHR(buf, 'l') 并改写返回的字符，输出 heLlo；对 const char *text = "hello"; 调用后把返回值交给 const char *，输出 llo。这两个结果对应 strchr 找到第一个 'l' 的位置。

(3) [3.2] 用 _Generic 检查两种调用的返回类型，分别打印 char * 与 const char *。

(4) [3.1] 写下 MDR_STRCHR(text, 'l')[0] = 'L';，编译会报什么？由此说明这个宏保住了什么。

(5) [4.2*] 只写一个返回 char * 的辅助函数 char *strchr_bad(const char *s, int c)，内部直接 return strchr(s, c);。用 const char * 实参调用它，把结果赋给 char *，用 gcc -std=c17 -Wall -Wextra 编译。会得到警告吗？如果没有任何诊断，说明 const 是在哪一步丢掉的：是调用处的转换，还是 C17 里 strchr 的声明本身。再把结果赋给 const char * 并尝试通过它写入，比较两种用法的安全性。查资料说明 C23 的标准 strchr 改成类型泛型形式，解决的正是哪一种情况。