大学で行った勉強会のスライドです。 C言語のマクロについて語っています。 C言語は得意ではないので、用語の使い方が変なところもあるかもしれません。

1. 2012年12月24日
第1回勉強会：スライド
1

2. 注意！
2

3. この発表は
ほぼ全編、黒魔術です！
3

4. しかも、
あまり役に立たないことを
解説していきます！
4

5. なので、
5

6. C言語初心者は、
真に受けず、
聞き流してください！
6

7. 自己紹介
名前：koturn 0;
趣味：数学、プログラミング
エディタ：vim派
言語：C/C++/C#/Java/Python
/Ruby/JavaScript/common LISP
/elisp/Vim script
7

8. アウトライン(1)
● C言語の復習
– 三項演算子
– カンマ演算子
– 文字列の連結
●
プリプロセスの復習
– プリプロセスとは？
– #include
– #define, #undef
– #if, #elif, #else, #endif
– #ifdef, #ifndef, #endif
8

9. アウトライン(2)
●
マクロテクニック
– 文字列化演算子
– トークン連結演算子
– 可変引数マクロ
●
黒魔術
– printlnマクロ
– until文、unless文
– デバッグ用マクロ
– SWAPマクロ
– ダフのデバイス
9

10. アウトライン(1)
● C言語の文法の復習
– 三項演算子
– カンマ演算子
– 文字列の連結
●
プリプロセスの復習
– プリプロセスとは？
– #include
– #define, #undef
– #if, #elif, #else, #endif
– #ifdef, #ifndef, #endif
10

11. 三項演算子
復習
●
以下のような形で記述されます
<条件> ? <条件がtrueのときの値> : <条件がfalseのときの値>
●
例：絶対値を求める三項演算子
abs_value = x > 0 ? x : -x;
● 簡単な条件分岐であれば、if ~ elseより簡潔に
記述可能です
●
式でありながら、条件分岐できるのが強み！
– 基本的に文を使えないマクロに適用しやすい！
11

12. アウトライン(1)
● C言語の文法の復習
– 三項演算子
– カンマ演算子
– 文字列の連結
●
プリプロセスの復習
– プリプロセスとは？
– #include
– #define, #undef
– #if, #elif, #else, #endif
– #ifdef, #ifndef, #endif
12

13. カンマ演算子
復習
● カンマ演算子とは、複数の式を1つの式として
扱う手段です
● 以下のように記述したとき、式全体の値は値n
となります(各値は、左から1度ずつ評価され
ます)
(値1, 値2, 値3, … , 値n)
● 以下のように記述したとき、xに代入されるの
は3となります
x = (1, printf(“foo”), 2, printf(“bar”), 3);
● 13

14. アウトライン(1)
● C言語の文法の復習
– 三項演算子
– カンマ演算子
– 文字列の連結
●
プリプロセスの復習
– プリプロセスとは？
– #include
– #define, #undef
– #if, #elif, #else, #endif
– #ifdef, #ifndef, #endif
14

15. 文字列の連結
復習
● C言語では、ダブルクオートで囲んだ文字列
を2つ続けて書くと、1つの文字列とみなされ
ます
// コンパイルエラーにならず、”Hello World”と表示
printf(“Hello” “World!” “n”);
● 1回の関数呼び出しで、大量の文字列を渡すと
きに便利です
– 読みやすく書くことが出来ます
puts(
“usage:n”
“[option]n”
“ -o : output filen”
“ -s : sentence file”
);
15

16. アウトライン(1)
● C言語の文法の復習
– 三項演算子
– カンマ演算子
– 文字列の連結
●
プリプロセスの復習
– プリプロセスとは？
– #include
– #define, #undef
– #if, #elif, #else, #endif
– #ifdef, #ifndef, #endif
16

17. プリプロセスとは？
実行バイナリができるプロセス
● 実行バイナリが出来るまでの手順です
Cソースコード
Cソースコード
プリプロセス
プリプロセス
Cプリプロセス
Cプリプロセス
ソースコード
ソースコード コンパイル
コンパイル
アセンブリコード
アセンブリコード
アセンブル
アセンブル
オブジェクト
オブジェクト
ファイル
ファイル リンク
リンク
実行
実行
バイナリ
バイナリ 17

18. プリプロセスとは？
コマンド
● 具体的には、こういうコマンドを用います
foo.c
foo.c $ gcc -E foo.c -o foo.i
$ gcc -E foo.c -o foo.i
foo.i
foo.i
$ gcc -S foo.i -o foo.s
$ gcc -S foo.i -o foo.s
foo.s
foo.s
$ gcc -c foo.s -o foo.o
$ gcc -c foo.s -o foo.o
foo.o
foo.o
$ gcc foo.o -o foo.out
$ gcc foo.o -o foo.out
foo.out
foo.out 18

19. プリプロセスとは？
概要
● コンパイルする前の前処理です
● やっていることは、単なるソースコードの置
換です
●
非常に貧弱な置換機能です
● でも、うまく使えば、おいしい！
● 実は、C言語以外のソースコードにも適用可
能です(Javaのソースコードなど)
19

20. アウトライン(1)
● C言語の文法の復習
– 三項演算子
– カンマ演算子
– 文字列の連結
●
プリプロセスの復習
– プリプロセスとは？
– #include
– #define, #undef
– #if, #elif, #else, #endif
– #ifdef, #ifndef, #endif
20

21. #include
概要
●
以下のような形で使用します
#include <foo.h> // インクルードパスの通ったところのヘッダ
#include “bar.h” // ユーザ定義のヘッダ
● #define行は、指定ファイルの内容に置き換えら
れます
● <>は、インクルードパスの通ったところからの
インクルードです(標準ライブラリ等)
●
“”は、カレントディレクトリを基準にした、
ユーザ定義のヘッダファイルのインクルードで
す
21

22. #include
インクルードパス
● インクルードパスとは？
– インクルードパスが通っているディレクトリな
ら、<>でヘッダファイルを読み込めます
– 標準ライブラリ(<stdio.h>、<stdlib.h>など)
● インクルードパスを追加するには、コンパイ
ラに、オプションとして与えます
● 例：gccの場合：-Iオプション
$ gcc -I./hoge/fuga includetest.c -o includetest.out
22

23. アウトライン(1)
● C言語の文法の復習
– 三項演算子
– カンマ演算子
– 文字列の連結
●
プリプロセスの復習
– プリプロセスとは？
– #include
– #define, #undef
– #if, #elif, #else, #endif
– #ifdef, #ifndef, #endif
23

24. #define, #undef
概要
● ソースコードの置き換えを定義します
● 一般的に、マクロと呼ばれる機構です
● 大きく分けて、3種類のマグロがあります
24

25. #define, #undef
概要
● ソースコードの置き換えを定義します
● 一般的に、マクロと呼ばれる機構です
● 大きく分けて、3種類のマグロマクロがありま
す
– キーワードマクロ
– 定数マクロ
– 関数マクロ
25

26. #define, #undef
キーワードマクロ
● キーワードのみを定義します
● 主に、インクルードガードに用いられます
#define KEY_WORD
● キーワードマクロと同じ識別子を記述する
と、その識別子は無くなります
● 次に述べる、定数マクロの定数部分が無いも
のと考えてよいでしょう
26

27. #define, #undef
定数マクロ
● C言語における、よく知られた定数の宣言方
法です
#define CONSTANT 200
● 識別子自体の置き換えも可能ですが、その用
途で使われることは少ないです
#define koturn return // koturn 0;が可能になります
27

28. #define, #undef
関数マクロ
● マクロの醍醐味！
● 関数のように、引数を取り、ソースコードを
置き換えられます
// 絶対値を返す関数マクロ
#define ABS(x) ((x) > 0 ? (x) : -(x))
● 使用例：
abs_value = ABS(-3);
● プリプロセス後、以下のように置換されます
abs_value = ((-3) > 0 ? (-3) : -(-3));
28

29. #define, #undef
関数マクロ：注意事項(1)
● 引数は、置換後の中では、丸括弧で囲いま
しょう
– これをしないと、以下のようなマクロでは、期待
した結果が得られません
#define SQ(x) (x * x) // 2乗を行うマクロのつもり
● 使用例：
a = SQ(3 + 5); // aが64になることを期待
● 展開結果：
a = (3 + 5 * 3 + 5); // aは23になる
29

30. #define, #undef
関数マクロ：注意事項(1)
● 2乗するマクロは以下のように書くべきです
#define SQ(x) ((x) * (x)) // 2乗を行うマクロ
●
使用例：
a = SQ(3 + 5); // aが64になることを期待
● 展開結果：
a = ((3 + 5) * (3 + 5)); // aは64になる
30

31. #define, #undef
関数マクロ：注意事項(2)
● 引数が複数回評価されることによる副作用は
避けられません
#define SQ(x) ((x) * (x)) // 2乗を行うマクロ
● 使用例：
int n = 5;
a = SQ(++n); // nが6になり、aが36になることを期待
● 展開結果：
– インクリメントがどのタイミングで評価されるか
は、未定義動作です
a = ((++n) * (++n)); // nは7になり、aは49になる
31

32. #define, #undef
関数マクロ：注意事項(3)
● 引数の型をチェックすることができません
– この理由や、複数回評価の副作用があるため、C+
+では、インライン関数を用いるのがよいです
● しかし、関数マクロにしかできないこともあ
ります！
32

33. #undef
概要
● #undefは、#defineで定義したマクロを無効化
します
● キーワードマクロ、定数マクロ、関数マクロ
のいずれにも有効です
● 以下のようにして用います
#define KEY_WORD
#define CONSTANT 200
#define SQ(x) ((x) * (x))
#undef KEY_WORD // この行以降は、KEY_WORDキーワードマクロは使えない
#undef CONSTANT // この行以降は、CONSTANT定数マクロは使えない
#undef SQ // この行以降は、SQ関数マクロは使えない
33

34. アウトライン(1)
● C言語の文法の復習
– 三項演算子
– カンマ演算子
– 文字列の連結
●
プリプロセスの復習
– プリプロセスとは？
– #include
– #define, #undef
– #if, #elif, #else, #endif
– #ifdef, #ifndef, #endif
34

35. #if, #elif, #else, #endif
概要
● 条件コンパイルに用います
– 同じソースコードでも、複数のOSやコンパイラに
対応できます
● 宣言されているマクロに対するif ~ else文と
いったところです
● 次のような形で書きます
#if <条件1>
// 何か書く
#elif <条件2> // 省略可
// 何か書く
#else // 省略可
// 何か書く
#endif
35

36. #if, #elif, #else, #endif
概要
● 条件部には、数値比較やマクロが定義されて
いるかどうかを確かめるdefined演算子を用い
ることができます
● 論理演算子も利用可能です
// __STDC_VERSION__は定義済みマクロ
#if __STDC_VERSION__ >= 199901 // C99規格でコンパイルするとき
# define rep(i, n) for (int i = 0; i < (n); i++)
#endif
// FOOが定義されていて、かつBARが定義されていない、またはBAZが100以下なら
#if defined(FOO) && !defined(BAR) || BAZ < 100
# include “hoge.h”
#else
# include “piyo.h”
#endif
36

37. #if, #elif, #else, #endif
条件コンパイルの例
● 複数のOSに対応する例として、sleep()関数を
取り上げましょう
– sleep()関数は<unistd.h>で宣言されています
– Windowsに<unistd.h>はありません
● <Windows.h>に、似た機能のSleep()関数があります
// Windowsでコンパイルするとき
#if defined(WIN32) || defined(_WIN32)
|| defined(__WIN32) || defined(__WIN32__)
|| defined(WIN64) || defined(_WIN64)
|| defined(__WIN64) || defined(__WIN64__)
# include <Windows.h>
# define sleep(sec) Sleep(sec * 1000)
// Windows以外でコンパイルするとき
#else
# include <unistd.h> 37
#endif

38. アウトライン(1)
● C言語の文法の復習
– 三項演算子
– カンマ演算子
– 文字列の連結
●
プリプロセスの復習
– プリプロセスとは？
– #include
– #define, #undef
– #if, #elif, #else, #endif
– #ifdef, #ifndef, #endif
38

39. #ifdef, #ifndef, #endif
概要
● #ifdefは、#if defined()の省略形です
● #ifndefは、#if !defined()の省略形です
●
簡単に用いることができるが、論理演算子を
用いることが出来ません
● 単に、マクロが定義されているかどうかを確
認するときに用います
– インクルードガードなど
#ifndef FOO_H
#define FOO_H
// ヘッダの内容を書いていく
#endif
39

40. 余談
改行、#if 0 ~ #endif
● プリプロセスの指定は、行末に『』を入れる
ことで、改行して続けて書くことが可能です
// FOO, BAR, BAZがいずれも10より大きいならば、
#if FOO > 10
&& BAR > 10
&& BAZ > 10
● #if 0 ~ #endifは、必ずプリプロセス段階で消え
るので、複数行のコメントアウトとして使用
可能です
– 入れ子にすることも可能だったり
#if 0
printf(“debug:a = %dn”, a);
#if 0
printf(“debug:b = %dn”, b);
#endif 40
#endif

41. アウトライン(2)
●
マクロテクニック
– 文字列化演算子
– トークン連結演算子
– 可変引数マクロ
●
黒魔術
– printlnマクロ
– until文、unless文
– デバッグ用マクロ
– SWAPマクロ
– ダフのデバイス
41

42. 文字列化演算子
概要：#
● 関数マクロの引数を、ダブルクオートで囲
い、文字列化する機能です
● 置換後の引数の左に、#を1つつけて記述しま
す
#define STR(x) #x
● 使用例：
printf(STR(1a2b3c));
● 展開結果
printf(“1a2b3c”);
42

43. 文字列化演算子
応用例：#
● 使いどころが難しいですが、文字列の結合と
組み合わせるとよいでしょう
● 例：
#define TRACE(var, fmt) printf(#var “ = ” fmt “n”, var)
● 使用例と展開結果：
int a = 10;
TRACE(a, “%d”); // マクロの呼び出し
printf(“a” “ = “ “%d” “n”, var); // このように展開される
printf(“a = %dn”, var); // コンパイル後は、これと等価になる
43

44. アウトライン(2)
●
マクロテクニック
– 文字列化演算子
– トークン連結演算子
– 可変引数マクロ
●
黒魔術
– printlnマクロ
– until文、unless文
– デバッグ用マクロ
– SWAPマクロ
– ダフのデバイス
44

45. トークン連結演算子
概要：##
●
置換後のマクロのトークンとトークンと結合
させる演算子です
●
主に、関数マクロの引数に用いられます
●
例：
#define GENVAR(num) int var##num
●
使用例：
GENVAR(1) = 10;
GENVAR(2) = 20;
●
展開結果：
int var1 = 10;
int var2 = 20;
45

46. トークン連結演算子
応用例：##
● うまく使うと、記述量を劇的に減らすことが
できます！
● 例：構造体の再帰代入演算
● Before：
typedef struct {
int x; int y; int z;
} point;
int main(void) {
point p = { 2, 3, -2};
point q = {-4, 1, 6};
p.x += q.x;
p.y += q.y;
p.z += q.z;
return 0;
}
46

47. トークン連結演算子
応用例：##
● うまく使うと、記述量を劇的に減らすことが
できます！
● 例：構造体の再帰代入演算
● After：
typedef struct {
int x; int y; int z;
} point;
#define REC_ASSIGN(op, point1, point2)
(
point1.x op##= point2.x,
point1.y op##= point2.y,
point1.z op##= point2.z
)
int main(void) {
point p = { 2, 3, -2};
point q = {-4, 1, 6};
REC_ASSIGN(+, p, q);
return 0; 47
}

48. アウトライン(2)
●
マクロテクニック
– 文字列化演算子
– トークン連結演算子
– 可変引数マクロ
●
黒魔術
– printlnマクロ
– until文、unless文
– デバッグ用マクロ
– SWAPマクロ
– ダフのデバイス
48

49. 可変引数マクロ
概要
●
関数マクロの引数を、可変にしたいことっ
て、ありますよね？
●
実はできます！
●
具体的には、以下のように記述します
#define err_printf(...) fprintf(stderr, __VA_ARGS__)
●
使用例：
err_printf(“a[%d] = %d”, i, a[i]);
●
展開結果：
fprintf(stderr, “a[%d] = %d”, i, a[i]);
49

50. 可変引数マクロ
注意点
● 可変引数マクロに与える引数を0個にする場合
には、注意が必要です
●
例：
#define dbg_printf(fmt, ...)
fprintf(stderr, “%s at line %u : ” fmt,
__FILE__, __LINE__, __VA_ARGS__)
●
使用例：
dbg_printf(“Hello World”);
●
展開結果：
// 可変引数を省略すると、カンマが残る
fprintf(stderr, “%s at line %u : “ “Hello World”,
“foo.c”, 25, ); 50

51. 可変引数マクロ
省略可能にするには
● ##__VA_ARGS__と記述すると、省略可能にな
ります
●
例：
#define dbg_printf(fmt, ...)
fprintf(stderr, “%s at line %u : ” fmt,
__FILE__, __LINE__, ##__VA_ARGS__)
●
使用例：
dbg_printf(“Hello World”);
●
展開結果：
// 今度は、カンマが残っていない
fprintf(stderr, “%s at line %u : “ “Hello World”,
“foo.c”, 25); 51

52. アウトライン(2)
●
マクロテクニック
– 文字列化演算子
– トークン連結演算子
– 可変引数マクロ
●
黒魔術
– printlnマクロ
– until文、unless文
– デバッグ用マクロ
– SWAPマクロ
– ダフのデバイス
52

53. printlnマクロ
意義
● printf()関数って、わざわざnをつけるのが面倒
ですよね？
● JavaのSystem.out.println()メソッドみたいに、
自動で改行をつけて欲しいですよね？
53

54. printlnマクロ
意義
● printf()関数って、わざわざnをつけるのが面倒
ですよね？
● JavaのSystem.out.println()メソッドみたいに、
自動で改行をつけて欲しいですよね？
● はい、できます！
● そう、関数マクロならね
54

55. printlnマクロ
マクロ定義
● 改行つきのprintf()関数のマクロです
#define println(fmt, ...) printf(fmt “n”, ##__VA_ARGS__)
●
使用例：
println(“a = %d”, 10);
● 展開結果：
printf(“a = %d” “n”, 10); // a = 10と表示し、改行される
55

56. アウトライン(2)
●
マクロテクニック
– 文字列化演算子
– トークン連結演算子
– 可変引数マクロ
●
黒魔術
– printlnマクロ
– until文、unless文
– デバッグ用マクロ
– SWAPマクロ
– ダフのデバイス
56

57. unless文、until文
意義
● Rubyには、until文、unless文がありますよね？
● C言語でも欲しくないですか？
57

58. unless文、until文
意義
● Rubyには、until文、unless文がありますよね？
● C言語でも欲しくないですか？
● ええ、できますとも！
● そう、関数マクロならね
58

59. unless文、until文
マクロ定義
● カンマ演算子を利用されることを想定して、
可変引数を用います
● 最後の値が、式の値になることを利用すれ
ば、以下のように定義できますね！
#define unless(...) if(!(__VA_ARGS__))
#define until(...) while(!(__VA_ARGS__))
59

60. アウトライン(2)
●
マクロテクニック
– 文字列化演算子
– トークン連結演算子
– 可変引数マクロ
●
黒魔術
– printlnマクロ
– until文、unless文
– デバッグ用マクロ
– SWAPマクロ
– ダフのデバイス
60

61. デバッグ用マクロ
意義
● デバッグ時のみ、有効にするコードを書くの
は面倒ですよね？
● 以下のような#ifdef ~ #endifのコードを散在さ
せるのは嫌ですよね？
– 2行もプリプロセス行で増えてしまいます！
#ifdef DEBUG
fprintf(stderr, “This is debug coden”);
#endif
61

62. デバッグ用マクロ
意義
● デバッグ時のみ、有効にするコードを書くの
は面倒ですよね？
● 以下のような#ifdef ~ #endifのコードを散在さ
せるのは嫌ですよね？
– 2行もプリプロセス行で増えてしまいます！
#ifdef DEBUG
fprintf(stderr, “This is debug coden”);
#endif
● そんなときは、やっぱり関数マクロ！
62

63. デバッグ用マクロ
マクロ定義
●
以下のようにすると、デバッグ時のみ有効になる
dbg_printf()関数を定義できます
#ifdef DEBUG
# define dbg_printf(...) fprintf(stderr, __VA_ARGS__)
#else
# define dbg_printf (1 ? (void) 0 : fprintf)
#endif
● DEBUGマクロが定義されていないときは、コンパ
イラの最適化で、コードが消えます！
● 0をvoidキャストしているのは、ワーニングを消す
ためです
63

64. アウトライン(2)
●
マクロテクニック
– 文字列化演算子
– トークン連結演算子
– 可変引数マクロ
●
黒魔術
– printlnマクロ
– until文、unless文
– デバッグ用マクロ
– SWAPマクロ
– ダフのデバイス
64

65. SWAPマクロ
意義
● 2数を交換する関数は、以下のようになります
void swap(int *a, int *b) {
int tmp = *a;
*a = *b;
*b = tmp
}
● 使用例：
int a = 10, b = 20;
swap(&a, &b);
● こんな単純な関数を、呼び出すのはもったい
ないですね
65

66. SWAPマクロ
意義
● 2数を交換する関数は、以下のようになります
void swap(int *a, int *b) {
int tmp = *a;
*a = *b;
*b = tmp
}
●
使用例：
int a = 10, b = 20;
swap(&a, &b);
●
こんな単純な関数を、呼び出すのはもったいな
いですね
●
マクロで書きましょう！
66

67. SWAPマクロ
基本形
● 一番オーソドックスなSWAPマクロです
#define SWAP(type, a, b)
{
type __tmp_swap_var__ = (a);
(a) = (b);
(b) = __tmp_swap_var__;
}
● 使用例：
int a = 10, b = 20;
SWAP(int, a, b);
67

68. SWAPマクロ
基本形：問題点
● 関数呼び出しのように使えません
– 関数呼び出しだと、アドレスを渡す必要がありま
した
● 複文に置き換えられるので、セミコロンを記
述する必要がないです
– でも、SWAP(int, a, b);と書いても問題ないです
● 以下のような、中括弧省略のif ~ else節におい
て問題があります
// コンパイルエラーとなる
if (a == 10)
SWAP(int, a, b);
else
SWAP(int, a, c);
68

69. SWAPマクロ
基本形：解決策
● 先程の問題点から、シームレスな(関数を呼び出す
ような)SWAPマクロの使用はできませんでした
● 以下のように改良します
– ポインタ型を引数に取るように作る
●
マクロであることがよりシームレスになります
● 最適化に貢献(明らかに同一の変数のSWAPは行わなくなる)
– do ~ while(0)で囲う
●
呼び出し側に、セミコロンをつけることを強制します
● 中括弧省略型if ~ elseでもエラーが出なくなります
● コンパイラの最適化により、do ~ while(0)の判定は消えます
●
69

70. SWAPマクロ
基本形：改善
● 以下が改善したものとなります
#define SWAP(type, a, b)
do {
type __tmp_swap_var__ = *(a);
*(a) = *(b);
*(b) = __tmp_swap_var__;
} while (0)
● 型を指定する必要があるので、完全にシーム
レスとは言い切れませんが...。
● 使用例：
int a = 10, b = 20;
SWAP(int, &a, &b);
70

71. SWAPマクロ
よりシームレスにするには
● よりシームレスなSWAPマクロを目指したい！
● 完成形としては、以下のような呼び出しが可
能であればよいですね
SWAP(&a, &b);
● 引数の型指定を無くすには･･･。
71

72. SWAPマクロ
よりシームレスにするには
● よりシームレスなSWAPマクロを目指したい！
● 完成形としては、以下のような呼び出しが可
能であればよいですね
SWAP(&a, &b);
● 引数の型指定を無くすには･･･。
– xorを用いたSWAP
– 加減算を用いたSWAP
– GNU拡張文法を用いたSWAP
72

73. SWAPマクロ
xor SWAP
● xor(排他的論理和)を用いたSWAPアルゴリズムです
#define SWAP(a, b)
(
*(a) ^= *(b),
*(b) ^= *(a),
*(a) ^= *(b)
)
●
変数宣言の必要がないため、カンマ演算子で連結するこ
とにより、置換後全体を式化しています
●
よりカッコよく書くと↓
– ※コンパイラの警告レベルを上げると、警告が出ます
#define SWAP(a, b) (*(a) ^= *(b) ^= *(a) ^= *(b))
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74. SWAPマクロ
xor SWAP：問題点
● 同一の変数に対して用いた場合、変数の値が0
になります
● 整数の変数に対してのみ、使用可能です
– 浮動小数点数と構造体には使用不可
● スピードは、一時変数を用いるものより遅い
です
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75. SWAPマクロ
xor SWAP：問題点
● 同一の変数に対して用いた場合、変数の値が0
になります
● 整数の変数に対してのみ、使用可能です
– 浮動小数点数と構造体には使用不可
● スピードは、一時変数を用いるものより遅い
です
解決可能！
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76. SWAPマクロ
xor SWAP：安全版(1)
●
同一の変数かどうかをチェックするために、三項演
算子を組み込みます
#define SWAP(a, b)
(((a) == (b)) ? 0 :
(
*(a) ^= *(b),
*(b) ^= *(a),
*(a) ^= *(b),
1
))
●
条件判断が加わる分、処理が増えますが･･･
– aとbのアドレスがコンパイル段階で異なると分かるとき
は、最適化により条件判断部分は消えます
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77. SWAPマクロ
xor SWAP：安全版(2)
● 短絡評価を用いると以下のように、カッコよ
く書けます！
#define SWAP(a, b)
(((a) != (b)) && (*(a) ^= *(b) ^= *(a) ^= *(b), 1))
カッコイイ！
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78. SWAPマクロ
加減算SWAP
● 足し算と引き算を用いたSWAPアルゴリズムです
#define SWAP(a, b)
(
*(a) += *(b),
*(b) = *(a) - *(b),
*(a) -= *(b)
)
●
変数宣言の必要がないため、カンマ演算子で連結するこ
とにより、置換後全体を式化しています
●
よりカッコよく書くと↓
– ※コンパイラの警告レベルを上げると、警告が出ます
#define SWAP(a, b) (*(a) += *(b) -= *(a) = *(b) - *(a))
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79. SWAPマクロ
加減算SWAP：問題点
● 同一の変数に対して用いた場合、変数の値が0
になります
● 整数と浮動小数点の変数に対してのみ、使用
可能です
– 構造体には使用不可
● 浮動小数点数に用いた場合、丸め誤差が発生
する場合があります
● スピードは、一時変数を用いるものやxorを用
いるものよりも遅いです
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80. SWAPマクロ
加減算SWAP：問題点
● 同一の変数に対して用いた場合、変数の値が0
になります
● 整数と浮動小数点の変数に対してのみ、使用
可能です
– 構造体には使用不可 解決可能！
● 浮動小数点数に用いた場合、丸め誤差が発生
する場合があります
● スピードは、一時変数を用いるものやxorを用
いるものよりも遅いです
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81. SWAPマクロ
加減算SWAP：安全版(1)
●
同一の変数かどうかをチェックするために、三項演
算子を組み込みます
#define SWAP(a, b)
(((a) == (b)) ? 0 :
(
*(a) += *(b),
*(b) = *(a) - *(b),
*(a) -= *(b),
1
))
●
条件判断が加わる分、処理が増えますが･･･
– aとbのアドレスがコンパイル段階で異なると分かるとき
は、最適化により条件判断部分は消えます
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82. SWAPマクロ
加減算SWAP：安全版(2)
● 短絡評価を用いると以下のように、カッコよ
く書けます！
#define SWAP(a, b)
(((a) != (b)) && (*(a) += *(b) -= *(a) = *(b) - *(a), 1))
カッコイイ!!
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83. SWAPマクロ
GNU拡張文法SWAP
● gccのC言語拡張文法を使用したマクロです
– typeof演算子
– 複文の式化
● シームレスかつ性能もいいです
● 最強のSWAPマクロ？
#define SWAP(a, b)
({
typeof(*(a)) __tmp_swap_var__ = *(a);
*(a) = *(b);
*(b) = __tmp_swap_var__;
})
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84. アウトライン(2)
●
マクロテクニック
– 文字列化演算子
– トークン連結演算子
– 可変引数マクロ
●
黒魔術
– printlnマクロ
– until文、unless文
– デバッグ用マクロ
– SWAPマクロ
– ダフのデバイス
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85. ダフのデバイス
概要
● Tom Duffという人が考案しました
● ループのアンロールに用いられます
– ループの条件判断回数を減らすことにより、高速
化を目指しています
● switch文のfall-throughを利用しています
● caseラベルをまたがるdo ~ while文が特徴です
– C言語のswitch文は、規定が弱いから利用可能
– JavaやC#のswitch文では、利用不可
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86. ダフのデバイス
コード(1)
● ダフのデバイスによる、配列のコピーを行う
関数です
void duff_memcpy(int *to, const int *from, int size) {
int n = (size + 7) >> 3;
switch (size & 7) {
case 0: do { *to++ = *from++;
case 7: *to++ = *from++;
case 6: *to++ = *from++;
case 5: *to++ = *from++;
case 4: *to++ = *from++;
case 3: *to++ = *from++;
case 2: *to++ = *from++;
case 1: *to++ = *from++;
} while (--n);
}
}
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87. ダフのデバイス
コード(2)
● 次のように書くこともできます
void duff_memcpy(int *to, const int *from, int size) {
switch (size & 7) {
case 0: do { *to++ = *from++;
case 7: *to++ = *from++;
case 6: *to++ = *from++;
case 5: *to++ = *from++;
case 4: *to++ = *from++;
case 3: *to++ = *from++;
case 2: *to++ = *from++;
case 1: *to++ = *from++;
} while (size -= 8);
}
}
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88. ダフのデバイス
特徴
● 今回取り上げた例では、8回毎のアンロール処
理でしたが、もっと回数を増やすことも可能
です
● 現代では、あまり大きく性能向上に寄与しま
せん(アンロール回数を256回毎程度にする
と、良くなりますが･･･)
● コード量(つまり、実行バイナリのサイズ)が
少し増えます
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89. ダフのデバイス
要望
● メモリコピー以外に応用したい！
● 同じ処理を記述してくのはめんどくさい！
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90. ダフのデバイス
要望
● メモリコピー以外に応用したい！
● 同じ処理を記述してくのはめんどくさい！
● ええ、解決できますとも！
● そう、関数マクロならね
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91. ダフのデバイス
関数マクロへの応用
● 以下の<処理>の部分に、行いたい処理が来る
とよいですよね
void duff_memcpy(int *to, const int *from, int size) {
int n = (size + 7) >> 3;
switch (size & 7) {
case 0: do { <処理>;
case 7: <処理>;
case 6: <処理>;
case 5: <処理>;
case 4: <処理>;
case 3: <処理>;
case 2: <処理>;
case 1: <処理>;
} while (--n);
}
}
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92. ダフのデバイス
関数マクロへの応用
● ダフのデバイスをマクロ化すると、以下のよ
うになります
– STATEMENT：行いたい処理(式または複文)
– __VA_ARGS__：次のステップ前の処理(省略化)
#define DUFFS_LOOP(n, STATEMENT, ...)
{
register int __tmp_loop_var__ = ((n) + 7) >> 3;
switch ((n) & 7) {
case 0: do { STATEMENT; __VA_ARGS__;
case 7: STATEMENT; __VA_ARGS__;
case 6: STATEMENT; __VA_ARGS__;
case 5: STATEMENT; __VA_ARGS__;
case 4: STATEMENT; __VA_ARGS__;
case 3: STATEMENT; __VA_ARGS__;
case 2: STATEMENT; __VA_ARGS__;
case 1: STATEMENT; __VA_ARGS__;
} while (--__tmp_loop_var__);
} 92
}

93. ダフのデバイス
関数マクロへの応用
● 使用例：
int a = 0;
DUFFS_LOOP(10, {
printf(“a = %dn”, a);
}, a++);
● 複文が引数となるので、呼び出し側からは、
奇妙な形に見えますね
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94. 参考文献
● プログラミング言語C 第2版
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95. 参考文献
●
トリッキーコードネット
– http://tricky-code.net/
● 苦しんで覚えるC言語
– http://9cguide.appspot.com/
● C言語の小技：SWAPマクロ
– http://no1-bug-creator.cocolog-nifty.com/blog/2011/08/cswap-2ccd.html
● Duff's device
– http://ja.wikipedia.org/wiki/Duff's_device
● ダフのデバイスというのを初めて知った - 星一の日記
– http://d.hatena.ne.jp/hajimehoshi/20080428/1209314296
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96. 以上で、
発表終了です！
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97. どうでしたか？
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98. 実際のコーディングの
役に立たない
知識ばかり
でしたね？
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99. でも、
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100. ベテランの書いた
C言語ソースを読むときに
役に立つかも
しれません
100

101. また、
面白トリビアとして
楽しんでいただけたのなら
幸いです
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102. そして何より、
関数マクロを
書く助けになったのなら
嬉しいです！
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103. Let,s Enjoy
Meta-Programming!
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104. 御清聴
ありがとう
ございました！
m(__)m
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