Mdr-C-Tutorial

24.1 运算符宏 ​

<iso646.h> 定义了一组宏，用单词拼写某些运算符。ISO 646 字符集的某些国家变体中没有 |、^、~ 等字符，这些宏为在这类环境中编写程序提供了替代写法。

1. 对应关系 ​

运算符宏
&&and
&=and_eq
&bitand
|bitor
~compl
!not
!=not_eq
||or
|=or_eq
^xor
^=xor_eq

这些宏在预处理阶段被替换为对应的运算符，因此不改变运算符的含义和优先级。

2. 示例 ​

c
#include <iso646.h>
#include <stdio.h>

int main(void) {
    int a = 5;
    int b = 10;

    if (a not_eq b and a < b) {
        puts("a < b");
    }
    return 0;
}

输出：

bash

a < b

3. 命名冲突 ​

这些名字是宏，包含 <iso646.h> 之后，and、or、not 等名字作为标识符出现时就会被替换，不限表达式内部。如果程序把这些名字用作标识符（例如函数名 xor 或结构成员 compl），包含该头文件后就无法通过编译。因此，只在需要 <iso646.h> 的源文件里包含它，不要写进被广泛包含的公共头文件。

4. 与代用记号的区别 ​

<iso646.h> 中的名字是普通的宏，只有包含该头文件后才可用；24.2 介绍的代用记号（如 <%、<:）则是语言本身的记号，无需包含任何头文件，编译器识别记号时就把它们当作对应的标点。

5. 习题 ​

5.1 巩固 ​

#12405
⚡2⏳2

下面的程序有六条输出语句。先不编译，写出每一行的值，再用 gcc -std=c17 -Wall -Wextra 编译运行核对。

c
#include <iso646.h>
#include <stdio.h>

int main(void) {
    int a = 5;
    int b = 10;

    printf("%d\n", a not_eq b);
    printf("%d\n", a < b and b < 20);
    printf("%d\n", a bitand b);
    printf("%d\n", a xor b);
    printf("%d\n", compl 0);
    printf("%d\n", a > b or b > 20);
    return 0;
}

然后把六行改写成对应的符号形式，两个版本各用 gcc -E -P 预处理一次，用 diff 比较结果。

验收：两个版本运行输出相同，预处理结果也相同；并说明 compl 0 一行为什么得到负数。

#12406
⚡3⏳2

<iso646.h> 里的名字是宏，这一点用预处理命令能直接看出来。写一个程序，依次做四件事，把结果记下来：

  1. 在 #include <iso646.h> 之前用 #ifdef and 判断，把结果定义为 BEFORE（1 或 0），在包含头文件之后再判断一次，定义为 AFTER，最后打印这两个值。
  2. 定义 #define STR(x) #x 和 #define XSTR(x) STR(x)，分别输出 STR(and)、XSTR(and)、STR(not_eq)、XSTR(not_eq)。
  3. 写 #if 1 and 1，在包含头文件之后编译一次。
  4. 把这段条件编译移到 #include <iso646.h> 之前，再编译一次。

验收：第 1 步打印 0 1；第 2 步依次输出 and、&&、not_eq、!=；第 3 步编过；第 4 步报错 missing binary operator before token "and"。最后用一句话说明 STR 与 XSTR 结果不同的原因。

5.2 编程 ​

#12407
⚡4⏳3

写一个按位标志模块，实现文件里只用运算符宏，公共头文件里一个宏名都不出现。

flags.h 只放声明和 include guard，不包含 <iso646.h>：

c
unsigned bits_union(unsigned a, unsigned b);
unsigned bits_diff(unsigned a, unsigned b);      /* a 中为 1、b 中为 0 的位 */
unsigned bits_sym_diff(unsigned a, unsigned b);  /* 两值不同的位 */
unsigned bits_add(unsigned set, unsigned mask);
unsigned bits_remove(unsigned set, unsigned mask);
unsigned bits_toggle(unsigned set, unsigned mask);
int bits_has_all(unsigned set, unsigned mask);   /* mask 为 0 时返回 0 */
int bits_has_any(unsigned set, unsigned mask);
int bits_equal(unsigned a, unsigned b);

要求：

  1. flags.c 包含 <iso646.h>，九个函数全部用宏拼写实现，不出现裸的 &、|、^、~、! 运算符，比较一律写 not_eq，不用 !=。
  2. 测试程序用下面的 main.c，它自己也包含 <iso646.h>：
c
#include <iso646.h>
#include <stdio.h>

#include "flags.h"

int main(void) {
    unsigned flags = 0u;

    flags = bits_add(flags, 0x3u);
    printf("%#x\n", flags);
    flags = bits_add(flags, 0x8u);
    printf("%#x\n", flags);

    printf("%d %d\n", bits_has_all(flags, 0x9u), bits_has_any(flags, 0x4u));

    flags = bits_toggle(flags, 0x2u);
    printf("%#x\n", flags);
    flags = bits_remove(flags, 0x3u);
    printf("%#x\n", flags);

    printf("%#x %#x %#x\n", bits_union(0x1u, 0x2u), bits_diff(0x7u, 0x3u),
           bits_sym_diff(0x5u, 0x3u));
    printf("%d %d\n", bits_equal(flags, 0x8u), bits_has_all(flags, 0u));

    if (bits_has_any(flags, 0x8u) or bits_equal(flags, 0x4u)) {
        puts("bit 3 is set");
    }
    return 0;
}
  1. 另写一个只包含 flags.h、再定义 struct legacy { unsigned compl; int xor; }; 的源文件，用 gcc -fsyntax-only 检查它能编过。

验收：

text
0x3
0xb
1 0
0x9
0x8
0x3 0x4 0x6
1 0
bit 3 is set

gcc -E -P flags.c | grep -wE 'and|or|not|bitand|bitor|compl|xor' 没有输出；三个文件都编过，-Wall -Wextra 无警告。

5.3 综合与挑战 ​

#12408
⚡5⏳4

下面这个项目编不过。legacy.h 是旧代码，名字不能改。把五个文件放进同一目录后编译：

c
/* legacy.h */
#ifndef LEGACY_H
#define LEGACY_H

int xor(int a, int b);

struct legacy_flags {
    unsigned compl;
};

#endif
c
/* legacy.c */
#include "legacy.h"

int xor(int a, int b) {
    return a ^ b;
}
c
/* common.h */
#ifndef COMMON_H
#define COMMON_H

#include <iso646.h>
#include <stdint.h>

#include "legacy.h"

int is_nonzero(int x);

#endif
c
/* common.c */
#include "common.h"

int is_nonzero(int x) {
    return x not_eq 0;
}
c
/* main.c */
#include <stdio.h>

#include "common.h"

int main(void) {
    struct legacy_flags f = {5u};

    printf("%d\n", xor(6, 10));
    printf("%u\n", f.compl);
    printf("%d\n", is_nonzero(3));
    return 0;
}

命令：gcc -std=c17 -Wall -Wextra main.c common.c legacy.c -o app。

要求：

  1. 先编译，抄下前两条错误，说明它们为什么指向 legacy.h，而不指向包含头文件的 main.c。
  2. 不改 legacy.h、legacy.c、main.c，只改 common.h 和 common.c，让项目通过并输出三行。给出做法并说明原理。
  3. 用 #undef 也能修好第 2 问。写出这种做法，并说明它会给后来的维护者带来什么问题。
  4. 在 common.h 里加一条检查：若 <iso646.h> 已经被包含，就用 #error 中止并打印提示。用先包含 <iso646.h> 再包含 common.h 的源文件验证它生效。
  5. 对修改后的 common.c 运行 gcc -E -P，指出 x not_eq 0 变成了什么。

验收：第 2 问输出 12、5、1；第 4 问的报错里有你写的提示文字；第 5 问中 not_eq 变成 !=。