24.2 代用记号 (Alternative Tokens)

1. 什么是代用记号

代用记号是 C 标准为部分标点符号规定的替代拼写。ISO 646 等字符集的某些变体缺少 {、}、[、]、# 等字符，代用记号使程序在这类环境中也能写出来。

在代码中，代用记号与对应的符号完全等价。

2. 代用记号列表

代用记号主要分为两种：双字母组 (Digraphs) 和 三字母组 (Trigraphs)。

2.1 双字母组 (Digraphs)

这些是两个字符的组合，用来替代单个标点符号。

双字母组	替代的符号	符号名称
`<%`	`{`	左花括号
`%>`	`}`	右花括号
`<:`	`[`	左方括号
`:>`	`]`	右方括号
`%:`	`#`	井号 (预处理符号)
`%:%:`	`##`	双井号 (预处理中的标记连接)

使用双字母组的代码看起来是这样的：

// 原始代码
int main() {
    int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
    return 0;
}

// 使用双字母组的等价代码
int main() <%
    int arr<:5:> = <% 1, 2, 3, 4, 5 %>;
    return 0;
%>

2.2 已被移除的三字母组

除了上述的代用记号，C 语言早期还有一个三字母组 (Trigraphs) 的概念，它们是三个字符的序列，以两个问号 ?? 开头。它们在 C23 标准中被正式移除。现代编程中应避免使用，也无需了解。

三字母组	替代的符号
`??=`	`#`
`??(`	`[`
`??)`	`]`
`??/`	`\`
`??'`	`^`
`??<`	`{`
`??>`	`}`
`??!`	`\|`
`??-`	`~`

3. 与 `<iso646.h>` 的区别

双字母组属于语言的词法，编译器识别记号时就把它们当作对应的标点；<iso646.h> 中的 and、or 等则是普通的宏，只有包含该头文件后，才在预处理阶段被替换为对应的运算符（见 24.1）。

4. 习题

4.1 巩固

#12409

⚡1⏳2

下面的代码全部用双字母组写成，先说出每行输出，再改回普通符号验证：

%:include <stdio.h>

int main(void) <%
    int a<:3:> = <% 4, 8, 15 %>;
    printf("%d\n", a<:2:>);
    puts("100%:done");
    return 0;
%>

然后回答两件事：

把 int r = 7 %: 2; 单独编译一次，抄下错误信息，解释 %: 为什么在这里不表示 #。
puts("100%:done"); 里的 %: 为什么原样输出，'%' 和 '[' 这样的字符常量里又为什么不受影响。

验收：程序输出 15 和 100%:done；第 1 问的错误是 stray '%:' in program。

4.2 编程

#12410

⚡3⏳3

把下面的程序改写成只含双字母组的版本：源码里不允许出现 {、}、[、]、# 这五个字符（字符串字面量和注释里的不算，但要保留原样）。

#include <stdio.h>

#define SIZE 3
#define JOIN(a, b) a##b
#define STR(x) #x

struct point {
    int x;
    int y;
};

int main(void) {
    struct point pts[SIZE] = {{1, 2}, {3, 4}, {5, 6}};
    const char *note = "braces { } and hash # stay";
    int JOIN(su, m) = 0;

    for (int i = 0; i < SIZE; ++i) {
        sum += pts[i].x * pts[i].y;
    }
    printf("%s = %d, note = %s\n", STR(sum), sum, note);
    return 0;
}

要求：

预处理指令改用 %: 开头，## 写成 %:%:，#x 写成 %:x，结构体定义、数组、初始化列表、循环体都换成双字母组。
两个版本分别用 gcc -std=c17 -Wall -Wextra 编译运行。
用 gcc -std=c2x 再编一次改写版。
用 gcc -std=c17 -S 生成两份汇编，diff 比较。

验收：输出均为 sum = 44, note = braces { } and hash # stay；汇编只差 .file 一行；用 LC_ALL=C grep -nE '[][{}#]' 改写版.c 检查，除了那行字符串字面量，其余行都没有这五个字符（-E 不能省，方括号在方括号表达式里要按转义规则写）。再说明 STR(sum) 为什么打印 sum 而不是 44。

#12411

⚡4⏳3

三字母组在 C23 中被移除，用下面这个程序观察这次变化：

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int a = 5;
    int b = 3;

    puts("what??!");
    puts("a??/nb");
    printf("%d\n", a ??! b);
    printf("%d\n", a ??' b);
    if (a > b) ??<
        puts("a > b");
    ??>
    return 0;
}

要求：

先按表推出每行的输出，再分别用 -std=c17 和 -std=c2x 编译。
抄下 -std=c17 下的 -Wtrigraphs 警告，说明 a??/nb 为什么变成两行。
抄下 -std=c2x 下的错误，说明为什么字符串里的 ??! 只是警告，而表达式里的 ??! 是错误。
写一个等价的可移植版本：全部用普通符号重写，字符串里的 ?? 用 \? 转义，使得在两种标准下都无警告通过，输出与原版在 -std=c17 下的结果一致。
说明 ??- 与 ~ 的优先级关系：写出 ??-a 的等价写法。

验收：-std=c17 下输出 what|、a、b、7、6、a > b，同时有 6 条 -Wtrigraphs 警告；-std=c2x 下编译失败，报 expected expression before '?' token；重写版在两种标准下都没有警告，输出相同。

4.3 综合与挑战

#12412

⚡5⏳4

写一个转换工具 digraph.c，把标准 C 源文件转成只用双字母组书写的版本。用法：./digraph < 输入.c > 输出.c。

转换规则：源代码中的 # 换成 %:，连续的 ## 换成 %:%:，{、}、[、] 分别换成 <%、%>、<:、:>。以下位置不转换：字符串字面量、字符常量、// 行注释、/* */ 块注释（因此 "# and { }" 与 /* [ ] */ 保持原样），字符串和字符常量里的转义（如 \"、\'、\\）要整体跳过。

用下面的输入测试：

#include <stdio.h>

/* comment with [ ] { } # */
#define SIZE 3
#define CAT(a, b) a##b

int main(void) {
    int a[SIZE] = {1, 2, 3};
    const char *s = "braces { } and hash # and %:";
    char c = '}';
    int CAT(su, m) = 0;
    // line comment ] } #
    for (int i = 0; i < SIZE; ++i) {
        sum += a[i];
    }
    printf("%d %s %c\n", sum, s, c);
    return 0;
}

要求：

用一个状态变量区分正常、行注释、块注释、字符串、字符常量五种状态，用 getchar 逐字符读入，putchar 写出。不要先把整个文件读进内存。
结果中 #define CAT(a, b) a##b 必须变成 %:define CAT(a, b) a%:%:b，而两处注释里的 [ ] { } # 一字不改。
输出文件用 gcc -std=c17 -Wall -Wextra 编译，并运行。
把输出再喂给工具一次，确认文件不再变化。
用 gcc -std=c17 -S 比较输入、输出两份汇编。

验收：

text

%:include <stdio.h>

/* comment with [ ] { } # */
%:define SIZE 3
%:define CAT(a, b) a%:%:b

int main(void) <%
    int a<:SIZE:> = <%1, 2, 3%>;
    const char *s = "braces { } and hash # and %:";
    char c = '}';
    int CAT(su, m) = 0;
    // line comment ] } #
    for (int i = 0; i < SIZE; ++i) <%
        sum += a<:i:>;
    %>
    printf("%d %s %c\n", sum, s, c);
    return 0;
%>

编译运行后输出 6 braces { } and hash # and %: }；第二次转换的结果与原文件逐字节相同；两份汇编只差 .file 一行。

3.10 求值

4.3 选择语句

5.5 跳转语句

10.2 结构体

14.3 程序支持

15.1 声明

16.2 对象表示

18.2 标准库中的宏

24.2 代用记号 (Alternative Tokens) ​

1. 什么是代用记号 ​

2. 代用记号列表 ​

2.1 双字母组 (Digraphs) ​

2.2 已被移除的三字母组 ​

3. 与 <iso646.h> 的区别 ​

4. 习题 ​

4.1 巩固 ​

4.2 编程 ​

4.3 综合与挑战 ​