c - 轻松地“逆向” C预处理器宏的集合

我有很多预处理器宏定义，如下所示:

#define FOO 1
#define BAR 2
#define BAZ 3

在实际应用中，每个定义都对应于解释器虚拟机中的一条指令。宏在编号上也不是连续的，以留出空间供将来使用。可能有一个#define FOO 41，然后下一个是#define BAR 64。

我现在正在为该虚拟机开发调试器，并且需要有效地“逆向”这些前置宏。换句话说，我需要一个接受数字并返回宏名称的函数，例如输入2将返回"BAR"。

当然，我可以自己使用switch创建一个函数:

const char* instruction_by_id(int id) {
    switch (id) {
        case FOO:
            return "FOO";
        case BAR:
            return "BAR";
        case BAZ:
            return "BAZ";
        default:
            return "???";
    }
}

但是，这将是一个噩梦，因为重命名，删除或添加指令也将需要修改此功能。

是否可以使用另一个宏为我创建类似的函数，或者是否可以使用其他方法？如果没有，是否可以创建一个宏来执行此任务？

我在Windows 10上使用gcc 6.3。

最佳答案

您的方法错误。 如果您尚未阅读，请阅读SICP 。

我有很多预处理器宏定义，如下所示:

#define FOO 1
#define BAR 2
#define BAZ 3

请记住，可以生成来生成 C或C++代码，并且很容易指示build automation工具生成某些特定的C文件(使用GNU make 或ninja您只需添加一些规则或配方即可)。
例如，您可以使用一些其他预处理器(liek GPP或m4)或某些脚本-e.g。在 awk 或Python或Guile等中...，或编写自己的程序(在C，C++，Ocaml等中)，以生成包含这些#define -s的头文件。另一个脚本或程序(或相同的脚本，以不同的方式调用)可以生成instruction_by_id的C代码
至少从1980年代开始(从metaprogramming或yacc开始)就使用了这种基本的 RPCGEN技术(从更高级别但特定的东西生成一些或几个C文件)。 C preprocessor通过其#include伪指令来简化此操作(因为您甚至可以在某些函数体中包括行，等等。)。实际上，代码是数据(和证明)而数据是代码的想法甚至更古老(Church-Turing thesis，Curry-Howard correspondence，Halting problem)。 Gödel, Escher, Bach书非常有趣。
例如，您可以决定拥有一个文本文件opcodes.txt(甚至是一些包含内容的sqlite数据库...。)，例如

# ignore lines starting with an hashsign
FOO 1
BAR 2

并且有两个小的awk或Python脚本(或两个小的C专用程序)，一个生成#define -s(转换为opcode-defines.h)，另一个生成instruction_by_id的主体(转换为opcode-instr.inc)。然后，您需要调整Makefile来生成这些代码，并将#include "opcode-defines.h"放在一些全局头文件中，并具有

 const char* instruction_by_id(int id) {
    switch (id) {
 #include "opcode-instr.inc"
    default: return "???";
    }
 }

这将是一场噩梦，

这种元编程方法并非如此。您将只维护opcodes.txt和使用它的脚本，但是仅一次(在一行FOO中)表示一个给定的“知识元素”(opcode.txt与1的关系)。当然，您需要对此进行记录(至少，在Makefile中带有注释)。
来自更高级别的declarative形式化的元编程是一个非常强大的范例。自1960年代以来，在法国，J.Pitrat率先提出了这一点(他正在退休时写着有趣的blog)。在美国，J.MacCarthy和Lisp社区也是如此。
有关有趣的演讲，请参阅Liam Proven FOSDEM 2018 talk on The circuit less traveled
大型软件经常使用这种元编程方法。例如，GCC compiler大约有十二个C++代码生成器(总共发出超过一百万条C++行)。
查看这种方法的另一种方法是domain-specific languages的想法，它可能是compiled to C。如果使用提供dynamic loading的操作系统，则甚至可以编写一个发出C代码的程序，分叉一个过程以将其编译为某个插件，然后(在POSIX或Linux上，使用dlopen)加载该插件。有趣的是，计算机现在已经足够快，可以在交互式应用程序(以某种REPL形式)中启用这种方法:您可以发出几千行的C文件，将其编译为某些.so共享对象文件，然后将dlopen编译为几分之一秒。您还可以使用GCCJIT或LLVM之类的JIT编译库在运行时生成代码。您可以在程序中嵌入解释器(如Lua或Guile)。
顺便说一句，元编程方法是大多数开发人员(不仅是编译器行业的人们)都应了解基本compilation技术的原因之一；另一个原因是parsing问题很常见。因此，请阅读Dragon Book。
注意Greenspun's tenth rule。这不只是一个玩笑，实际上是关于大型软件的深刻事实。