Книга: Искусство программирования для Unix

8.3.4. Проблемы макросов

8.3.4. Проблемы макросов

Средства макрорасширения были излюбленной тактикой разработчиков языков в ранней Unix. Язык С, несомненно, имеет такое средство. Кроме того, они обнаруживаются в некоторых более сложных мини-языках специального назначения, таких как pic(1). Препроцессор m4 предоставляет общее средство для реализации макрорасширяющих препроцессоров.

Макрорасширение просто определить и реализовать, а также осуществить с его помощью множество изящных и нетривиальных технических приемов. На ранних разработчиков, по-видимому, оказывал влияние опыт ассемблера, в котором макросредства часто были единственным механизмом, доступным для структурирующих программ.

Преимуществом макрорасширения является то, что оно не имеет сведений о синтаксисе, лежащем в основе базового языка, и может применяться для расширения данного синтаксиса. К сожалению, данным преимуществом очень легко злоупотребляют, создавая непрозрачный, непредсказуемый код, который является богатым источником тяжело определяемых ошибок.

Для языка С классическим примером такой проблемы является макрос, подобный следующему.

#define max(x, у) х > у ? x : у

Данный макрос создает как минимум две проблемы. Одна из них заключается в том, что он может вызвать непредсказуемые результаты, в случае если один из аргументов является выражением, включающим в себя оператор меньшего приоритета, чем > или ?:. Рассмотрим выражение max(а = b, ++с). Если программист забыл, что max является макросом, то он будет ожидать, что присваивание a = b и преинкрементная операция с с будут выполнены до того, как результирующие значения будут переданы max в качестве аргументов.

Однако это не так. Вместо этого препроцессор преобразует данное выражение в a = b > ++c ? a = b : ++c, которое правила приоритета компилятора С заставляют интерпретировать как a = (b > ++c ? a = b : ++c). Результат будет присвоен а.

Подобное неверное взаимодействие можно предотвратить, кодируя определение макроса более безопасно.

#define max(x, у) ((x) > (у) ? (х) : (y))

С таким определением выражение будет развернуто как ((a = b) > (++с) ? (а = b) : (++c)), что решает одну проблему, однако следует заметить, что переменная с может быть инкрементирована дважды. Существуют менее очевидные варианты данной проблемы, такие как передача макросу вызова функции с побочными эффектами.

Как правило, взаимодействие между макросами и выражениями с побочными эффектами может привести к неудачным результатам, которые трудно диагностировать. Макропроцессор С умышленно создан легковесным и простым. Более мощные макропроцессоры способны действительно вызвать более серьезные проблемы.

Язык форматирования T_EX (см. главу 18) хорошо иллюстрирует общую проблему. ТеХ — умышленно разрабатывался как язык Тьюринга (в нем имеются условные операции, циклы и рекурсия), однако, несмотря на то, что его можно заставить делать поразительные вещи, T_EX-код часто нечитабельный и трудный в отладке. Исходные коды для L^AT_EX, наиболее широко используемого T_EX-макропакета, являются поучительным примером: они созданы в очень хорошем T_EX-стиле, но даже несмотря на это их крайне трудно понять.

Менее значительная по сравнению с описанной проблема заключается в том, что макрорасширение склонно усложнять диагностику ошибок. Процессор базового языка создает отчеты об ошибках, относящиеся к развернутому макросом тексту, а не к оригинальному коду, который просматривает программист. Если связь между ними затемняется макрорасширением, то, возможно, что созданные диагностические отчеты будет очень трудно связать с фактическим местом возникновения ошибки.

Данная проблема особенно характерна для препроцессоров и макросов, которые могут иметь многострочные расширения, условно включать или исключать текст, или иным путем изменять количество строк в развернутом тексте.

Каскады макрорасширений, встроенные в язык, могут выполнять самокоррекцию, обрабатывая номера строк так, чтобы создать ссылки на текст до расширения. Так работает, например, макросредство утилиты pic(1). Данную проблему гораздо труднее решить, когда макрорасширение выполняется препроцессором.

В препроцессоре С проблема решается путем создания директив #line каждый раз, когда выполняется включение или многострочное расширение. Ожидается, что C-компилятор интерпретирует их и соответственно скорректирует номера строк в отчетах об ошибках. К сожалению, в макропроцессоре m4 подобное средство отсутствует.

Выше были описаны причины для крайне осторожного использования макрорасширений. Один из долгосрочных уроков опыта Unix заключается в том, что макросы склонны создавать больше проблем, чем решают. Современные конструкции языков и мини-языков отходят от их использования.

Оглавление книги