for ( init_clause ; cond_expression ; iteration_expression )  loop_statement

• for 循環(huán)中的 cond_expression 和 interation_expression 都必須是表達(dá)式，而不能是直接的語句。

• for 循環(huán)中第一個(gè)部分 init_clause 一開始是用來放置給變量賦值的表達(dá)式；但從ANSI-C99開始，init_clause 可以被用來建立局部變量；而局部變量的生命周期覆蓋且僅覆蓋整個(gè)for循環(huán)——這一點(diǎn)非常有利用價(jià)值，也是大家容易忽略的地方。

int i = 0;...for (i = 0; i < 100; i++) { ...}

int i = 0, j,k;...for (i = 0, j = 100, k = 1; i < 100; i++) { ...}

for (int i = 0, j = 100, k = 1; i < 100; i++) { ...}

for (int i = 0, short j = 100; i < 100; i++) { ...}

for (int i = 0, *p = NULL; i < 100; i++) { ...}

• 另外一個(gè)值得注意的是 for 的執(zhí)行順序，它可以用下面的流程圖來表示：

圖中灰色的部分為原本實(shí)際的執(zhí)行流程，而純黑色的線條以及最下方的虛線箭頭則為等效的運(yùn)行流程。與do {} while(0) 相比，在我們眼中 for 循環(huán)的幾個(gè)關(guān)鍵部分就有了新的意義：

• 在執(zhí)行用戶代碼之前（灰色部分），有能力進(jìn)行一定的“準(zhǔn)備工作”（Before部分）；

• 在執(zhí)行用戶代碼之后，有能力執(zhí)行一定的“收尾工作”（After部分）

• 在init_clause階段有能力定義一個(gè)“僅僅只覆蓋” for 循環(huán)的，并且只對 User Code可見的局部變量——換句話說，這些局部變量是不會(huì)污染 for 循環(huán)以外的地方的。

【構(gòu)造using結(jié)構(gòu)】

using (StreamReader tReader = File.OpenText(m_InputTextFilePath)){ while (!tReader.EndOfStream) { ... }}

以上述代碼為例進(jìn)行講解：

• 在 using 圓括號(hào)內(nèi)定義的變量，其生命周期僅覆蓋 using 緊隨其后的花括號(hào)內(nèi)部；

• 當(dāng)用于代碼離開 using 結(jié)構(gòu)的時(shí)候，using 會(huì)自動(dòng)執(zhí)行一個(gè)“掃尾工作”，而這個(gè)掃尾工作是對應(yīng)的類事先定義好的。在上述例子中，所謂的掃尾工作就是關(guān)閉 與 類StreamReader的實(shí)例tReader 所關(guān)聯(lián)的文件——簡單說就是using會(huì)自動(dòng)把文件關(guān)閉，而不必用戶親自動(dòng)手。

for (int i = 1; i > 0; i++) { ...}

以此為起點(diǎn)，對比我們的“藍(lán)圖”，發(fā)現(xiàn)至少有以下幾個(gè)問題：

• 如何實(shí)現(xiàn) before和after的部分？

• 現(xiàn)在用的變量 i 固定是 int 類型的，如何允許用戶在 init_clause 定義自己的局部變量，并允許使用自己的類型？

問題一：如何實(shí)現(xiàn) before 和 after 部分

//! 假設(shè)用戶要插入的內(nèi)容我們都放在叫做 before 和after的函數(shù)里extern void before(void);extern void after(void); for (int i = 1; //!< init_clause i--?(before(),1):0; //!< cond_expression after()) //!< iteration_expression{ ...}

(i--) ? 1 : 0

(i--) ?  （before(), 1)       //!< 使用逗哈表達(dá)式進(jìn)行擴(kuò)展:  0

由于逗號(hào)表達(dá)式只管 最右邊的結(jié)果，忽略所有左邊的返回值，因此，哪怕before()函數(shù)沒有實(shí)際返回值對C編譯器來說都是無所謂的。同理，由于我們在cond_expression部分已經(jīng)完成了所有功能，因此 iteration_expression 就任由我們宰割了——編譯器原本就對此處表達(dá)式所產(chǎn)生的數(shù)值并不感興——我們直接放下 after() 函數(shù)即可。

#define using(__declare, __on_enter_expr, __on_leave_expr) \ for (__declare, *_ptr = NULL; \ _ptr++ == NULL ?                   \ ((__on_enter_expr),1) : 0;               \ __on_leave_expr \ ) 

using(int a = 0,printf("========= On Enter =======\r\n"),  printf("========= On Leave =======\r\n")) { printf("\t In Body a=%d \r\n", ++a);} 

這是對應(yīng)的執(zhí)行效果：

我們不妨將上述的宏進(jìn)行展開，一個(gè)可能的結(jié)果是：

for (int a = 0, *_ptr = NULL;  _ptr++ == NULL ? ((printf("========= On Enter =======\r\n")),1) : 0;  printf("========= On Leave =======\r\n") ) { printf("\t In Body a=%d \r\n", ++a);}

從 init_clause 的展開結(jié)果來看，完全符合要求：

int a = 0, *_ptr = NULL;

#define using(__declare, __on_enter_expr, __on_leave_expr)                   \ for (__declare, *CONNECT3(__using_, __LINE__,_ptr) = NULL; \ CONNECT3(__using_, __LINE__,_ptr)++ == NULL ? \ ((__on_enter_expr),1) : 0; \ __on_leave_expr \ ) 

這里，實(shí)際上是使用了前面文章中介紹的宏 CONNECT3() 將 “__using_”，__LINE__所表示的當(dāng)前行號(hào)，以及 "_ptr" 粘連在一起，形成一個(gè)唯一的局部變量名：

CONNECT3(__using_, __LINE__,_ptr)

如果你對 CONNECT() 宏的來龍去脈感興趣，可以單擊這里。

#define __using1(__declare) \ for (__declare, *CONNECT3(__using_, __LINE__,_ptr) = NULL; \ CONNECT3(__using_, __LINE__,_ptr)++ == NULL; \ )  #define __using2(__declare, __on_leave_expr) \ for (__declare, *CONNECT3(__using_, __LINE__,_ptr) = NULL; \ CONNECT3(__using_, __LINE__,_ptr)++ == NULL; \ __on_leave_expr \ )  #define __using3(__declare, __on_enter_expr, __on_leave_expr) \ for (__declare, *CONNECT3(__using_, __LINE__,_ptr) = NULL; \ CONNECT3(__using_, __LINE__,_ptr)++ == NULL ? \ ((__on_enter_expr),1) : 0; \ __on_leave_expr \ ) #define __using4(__dcl1, __dcl2, __on_enter_expr, __on_leave_expr) \ for (__dcl1, __dcl2, *CONNECT3(__using_, __LINE__,_ptr) = NULL; \ CONNECT3(__using_, __LINE__,_ptr)++ == NULL ? \ ((__on_enter_expr),1) : 0; \ __on_leave_expr \ ) 

借助宏的重載技術(shù)，我們可以根據(jù)用戶輸入的參數(shù)數(shù)量自動(dòng)選擇正確的版本：

#define using(...) \ CONNECT2(__using, VA_NUM_ARGS(__VA_ARGS__))(__VA_ARGS__)

至此，我們完成了對 for 的改造，并提出了__using1, __using2, __using3 和 __using4 四個(gè)版本變體。那么問題來了，他們分別有什么用處呢？

【提供不阻礙調(diào)試的代碼封裝】

#define SAFE_ATOM_CODE(...) \{ \ uint32_t CONNECT2(temp, __LINE__) = __disable_irq();  \ __VA_ARGS__                                           \ __set_PRIMASK((CONNECT2(temp, __LINE__))); \}

因此可以很容易的通過如下的代碼來保護(hù)關(guān)鍵的寄存器操作：

/** \fn void wr_dat (uint16_t dat) \brief Write data to the LCD controller \param[in] dat Data to write*/static __inline void wr_dat (uint_fast16_t dat) { SAFE_ATOM_CODE ( LCD_CS(0); GLCD_PORT->DAT = (dat >> 8); /* Write D8..D15 */ GLCD_PORT->DAT = (dat & 0xFF); /* Write D0..D7 */ LCD_CS(1); )}

唯一的問題是，這樣的寫法，在調(diào)試時(shí)完全沒法在用戶代碼處添加斷點(diǎn)（編譯器會(huì)認(rèn)為宏內(nèi)所有的內(nèi)容都寫在了同一行），這是大多數(shù)人不喜歡使用宏來封裝代碼結(jié)構(gòu)的最大原因。借助 __using2，我們可以輕松的解決這個(gè)問題：

#define SAFE_ATOM_CODE() \ __using2(  uint32_t CONNECT2(temp,__LINE__) = __disable_irq(),      \ __set_PRIMASK(CONNECT2(temp,__LINE__)))

修改上述的代碼為：

static __inline void wr_dat (uint_fast16_t dat) { SAFE_ATOM_CODE() { LCD_CS(0); GLCD_PORT->DAT = (dat >> 8); /* Write D8..D15 */ GLCD_PORT->DAT = (dat & 0xFF); /* Write D0..D7 */ LCD_CS(1); }}

由于using的本質(zhì)是 for 循環(huán)，因?yàn)槲覀兛梢酝ㄟ^花括號(hào)的形式來包裹用戶代碼，因此，可以很方便的在用戶代碼中添加斷點(diǎn)，單步執(zhí)行。至于原子保護(hù)的功能，我們不妨將上述代碼進(jìn)行宏展開：

static __inline void wr_dat (uint_fast16_t dat){ for (uint32_t temp154 = __disable_irq(), *__using_154_ptr = NULL;  __using_154_ptr++ == NULL ? ((temp154 = temp154),1) : 0;  __set_PRIMASK(temp154) )  { LCD_CS(0); GLCD_PORT->DAT = (dat >> 8); GLCD_PORT->DAT = (dat & 0xFF); LCD_CS(1); }}

通過觀察，容易發(fā)現(xiàn)，這里巧妙使用 init_clause 給 temp154 變量進(jìn)行賦值——在關(guān)閉中斷的同時(shí)保存了此前的狀態(tài)；并在原本 after 的位置放置了 恢復(fù)中斷的語句 __set_PRIMASK(temp154)。

• 在OOPC中自動(dòng)創(chuàng)建類，并使用 before 部分來執(zhí)行構(gòu)造函數(shù)；在 after 部分完成 類的析構(gòu)。

• 在外設(shè)操作中，在 init_clause 部分定義指向外設(shè)的指針；在 before部分 Enable或者Open外設(shè)；在after部分Disable或者Close外設(shè)。

• 在RTOS中，在 before 部分嘗試進(jìn)入臨界區(qū)；在 after 部分釋放臨界區(qū)

• 在文件操作中，在 init_clause 部分嘗試打開文件，并獲得句柄；在 after 部分自動(dòng) close 文件句柄。

• 在有MPU進(jìn)行內(nèi)存保護(hù)的場合，在 before 部分，重新配置MPU獲取目標(biāo)地址的訪問權(quán)限；在 after部分再次配置MPU，關(guān)閉對目標(biāo)地址范圍的訪問權(quán)限。

• ……

【構(gòu)造with塊】

你鄰居的->朋友的->親戚家的->一個(gè)狗的->保姆的->手機(jī)

WITH 你鄰居的->朋友的->親戚家的->一個(gè)狗的->保姆的->手機(jī)  # 這里可以直接訪問手機(jī)的各項(xiàng)屬性，用 “.” 開頭就行 . 手機(jī)殼顏色 = xxxxx . 貼膜 = 玻璃膜END WITH

不光是Visual Basic，我們使用C語言進(jìn)行大規(guī)模的應(yīng)用開發(fā)時(shí)，或多或少也會(huì)遇到同樣的情況，比如，配置 STM32 外設(shè)時(shí)，填寫外設(shè)配置結(jié)構(gòu)體的時(shí)候，每一行都要重新寫一遍結(jié)構(gòu)體變量的名字，也是在是很繁瑣：

 static UART_HandleTypeDef s_UARTHandle = UART_HandleTypeDef(); s_UARTHandle.Instance        = USART2; s_UARTHandle.Init.BaudRate   = 115200; s_UARTHandle.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B; s_UARTHandle.Init.StopBits   = UART_STOPBITS_1; s_UARTHandle.Init.Parity     = UART_PARITY_NONE; s_UARTHandle.Init.HwFlowCtl  = UART_HWCONTROL_NONE; s_UARTHandle.Init.Mode       = UART_MODE_TX_RX;

入股有了with塊的幫助，上述代碼可能就會(huì)變得更加清爽，比如：

static UART_HandleTypeDef s_UARTHandle = UART_HandleTypeDef();with(s_UARTHandle) { .Instance = USART2; .Init.BaudRate = 115200; .Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B; .Init.StopBits = UART_STOPBITS_1; .Init.Parity = UART_PARITY_NONE; .Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE; .Init.Mode       = UART_MODE_TX_RX;}

遺憾的是，如果要完全實(shí)現(xiàn)上述的結(jié)構(gòu)，在C語言中是不可能的，但借助我們的 using() 結(jié)構(gòu)，我們可以做到一定程度的模擬：

#define with(__type, __addr)  using(__type *_p=(__addr))#define _ (*_p)

在這里，我們要至少提供目標(biāo)對象的類型，以及目標(biāo)對象的地址：

static UART_HandleTypeDef s_UARTHandle = UART_HandleTypeDef();with(UART_HandleTypeDef &s_UARTHandle) { _.Instance = USART2; _.Init.BaudRate = 115200; _.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B; _.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1; _.Init.Parity = UART_PARITY_NONE; _.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE; _.Init.Mode       = UART_MODE_TX_RX;}

注意到，這里“_”實(shí)際上被用來替代 s_UARTHandle——雖然感覺有點(diǎn)不夠完美，但考慮到腳本語言 perl 有長期使用 "_" 表示本地對象的傳統(tǒng)，這樣一看，似乎"_" 就是一個(gè)對 "perl" 的完美致敬了。

【回歸本職 foreach】

typedef struct example_lv0_t { uint32_t wA; uint16_t hwB; uint8_t chC; uint8_t chID;} example_lv0_t; example_lv0_t s_tItem[8] = { {.chID = 0}, {.chID = 1}, {.chID = 2}, {.chID = 3}, {.chID = 4}, {.chID = 5}, {.chID = 6}, {.chID = 7},};

我們希望實(shí)現(xiàn)一個(gè)函數(shù)，能通過 foreach 自動(dòng)的訪問數(shù)組 s_tItem 的所有成員，比如：

foreach(example_lv0_t, s_tItem) { printf("Processing item with ID = %d\r\n", _.chID);}

跟With塊一樣，這里我們?nèi)匀弧爸戮础?perl——使用 "_" 表示當(dāng)前循環(huán)下的元素。在這個(gè)例子中，為了使用 foreach，我們需要提供至少兩個(gè)信息：目標(biāo)數(shù)組元素的類型（example_lv0_t）和目標(biāo)數(shù)組（s_tItem）。

#define dimof(__array) (sizeof(__array)/sizeof(__array[0])) #define foreach(__type, __array)                                               \ __using1(__type *_p = __array) \ for ( uint_fast32_t CONNECT2(count,__LINE__) = dimof(__array); \ CONNECT2(count,__LINE__) > 0; \ _p++, CONNECT2(count,__LINE__)-- \ )

上述的宏并不復(fù)雜，大家完全可以自己看懂，唯一需要強(qiáng)調(diào)的是，using() 的本質(zhì)是一個(gè)for，因此__using1() 下方的for 實(shí)際上是位于由 __using1() 所提供的循環(huán)體內(nèi)的，也就是說，這里的局部變量_p其作用域也覆蓋 下面的for 循環(huán)，這就是為什么我們可以借助：

#define _ (*_p)

的巧妙代換，通過 “_” 來完成對指針“_p”的使用。為了方便大家理解，我們不妨將前面的例子代碼進(jìn)行宏展開：

for (example_lv0_t *_p = s_tItem, *__using_177_ptr = NULL;  __using_177_ptr++ == NULL ? ((_p = _p),1) : 0; )  for ( uint_fast32_t count177 = (sizeof(s_tItem)/sizeof(s_tItem[0]));  count177 > 0;  _p = _p+1, count177-- )  { printf("Processing item with ID = %d\r\n", (*_p).chID); }

其執(zhí)行結(jié)果為：

#define foreach2(__type, __array) \ using(__type *_p = __array) \ for ( uint_fast32_t CONNECT2(count,__LINE__) = dimof(__array); \ CONNECT2(count,__LINE__) > 0; \ _p++, CONNECT2(count,__LINE__)-- \ ) #define foreach3(__type, __array, __item) \ using(__type *_p = __array, *__item = _p, _p = _p, ) \ for ( uint_fast32_t CONNECT2(count,__LINE__) = dimof(__array); \ CONNECT2(count,__LINE__) > 0; \ _p++, __item = _p, CONNECT2(count,__LINE__)-- \ )

這里的 foreach3 提供了3個(gè)參數(shù)，其中最后一個(gè)參數(shù)就是用來由用戶“額外”指定新的指針的；與之相對，老版本的foreach我們稱之為 foreach2，因?yàn)樗恍枰獌蓚€(gè)參數(shù)，只能使用"_"作為對象的指代。進(jìn)一步的，我們可以使用宏的重載來簡化用戶的使用：

#define foreach(...) \ CONNECT2(foreach, VA_NUM_ARGS(__VA_ARGS__))(__VA_ARGS__)

經(jīng)過這樣的改造，我們可以用下面的方法來為我們的循環(huán)指定一個(gè)叫做"ptItem"的指針：

foreach(example_lv0_t, s_tItem, ptItem) { printf("Processing item with ID = %d\r\n", ptItem->chID);}

展開后的形式如下：

for (example_lv0_t *_p = s_tItem, ptItem = _p, *__using_177_ptr = NULL;  __using_177_ptr++ == NULL ? ((_p = _p),1) : 0; ) for ( uint_fast32_t count177 = (sizeof(s_tItem)/sizeof(s_tItem[0]));  count177 > 0;  _p = _p+1, ptItem = _p, count177-- )  { printf("Processing item with ID = %d\r\n", ptItem->chID); }

代碼已經(jīng)做了適當(dāng)?shù)恼归_和縮進(jìn)，這里就不作進(jìn)一步的分析了。

【后記】

• 宏不是奇技淫巧

• 宏可以封裝出其它高級(jí)語言所提供的“基礎(chǔ)設(shè)施”

• 設(shè)計(jì)良好的宏可以提升代碼的可讀性，而不是破壞它

• 設(shè)計(jì)良好的宏并不會(huì)影響調(diào)試

• 宏可以用來固化某些模板，避免每次都重新編寫復(fù)雜的語法結(jié)構(gòu)，在這里，using() 模板的出現(xiàn)，避免了我們每次都重復(fù)通過原始的 for 語句來構(gòu)造所需的語法結(jié)構(gòu)，極大的避免了重復(fù)勞動(dòng)，以及由重復(fù)勞動(dòng)所帶來的出錯(cuò)風(fēng)險(xiǎn)

-END-

本文授權(quán)轉(zhuǎn)載自裸機(jī)思維，作者：GogonMeducer傻孩子

推薦閱讀