C 语言中的通用 SWAP() 宏

介绍

c++++ 有 std::swap()，但 c 中没有等效的标准。如果您使用 c23，实现 swap() 是微不足道的：

#define swap(a,b) 
  do { auto _tmp = (a); (a) = (b); (b) = tmp; } while (0)

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有关预处理器宏的更多信息，以及为什么 do … while 是一个特别好的主意，请参阅此处。

这很容易。 那么我们就完成了，对吧？ 但是如果您不使用 c23，因此无法使用 auto 怎么办？

c23 之前的 swap()

由于 c23 之前的 c 没有 auto （或 typeof），因此无法声明一个变量是其他变量或表达式的类型。

是的，gcc 和 clang 都支持 __auto_type 和 typeof 作为扩展，你可以根据需要使用它们；但我更喜欢使用标准 c，或者至少有一种方法可以在某些功能不可用时回退到标准 c。

相反，我们可以声明一个大小合适的 char 数组并将其用于临时存储。 当然，我们不能简单地使用 = 来进行赋值，而是必须使用 memcpy():

#define swap(a,b) do {               
  char _tmp[ sizeof((a)) ];          
  memcpy( _tmp, &(a), sizeof((a)) ); 
  (a) = (b);                         
  memcpy( &(b), _tmp, sizeof((b)) ); } while (0)

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您可能认为调用 memcpy() 的效率低于赋值。问题是 memcpy() 有点特殊，因为编译器对其进行了特殊优化 – 足以使生成的代码同样高效。

结盟

上述宏的问题是 _tmp 不能保证 a 类型的对象正确对齐。通常，您可以使用 _alignas，但这在这里不起作用，因为您需要说 _alignas(typeof( a)) 并且我们不能使用 typeof.

即使 _alignas 也可以采用表达式，但您也不能使用 _alignas(a)，因为那 not 意味着“与表达式 a 的类型对齐”。相反，它的意思是“与整型常量表达式 a 的 值对齐”——并且由于 a 不是常量表达式，所以它不起作用。

在 c11 和添加 _alignas 之前，创建对齐的 char 数组的常见技巧是将其包含在联合中：

#define swap(a,b) do {                                        
  union { char buf[ sizeof((a)) ]; max_align_t align; } _tmp; 
  memcpy( _tmp.buf, &(a), sizeof((a)) );                      
  (a) = (b);                                                  
  memcpy( &(b), _tmp.buf, sizeof((b)) ); } while (0)

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包含 max_align_t 类型的成员将强制联合（以及其中的 char 数组）针对任何类型正确对齐。

保障措施

我们可以通过至少确保 a 和 b 具有相同的大小来稍微改进 swap() ：

#define swap(a,b) do {                                        
  static_assert( sizeof((a)) == sizeof((b)),                  
    "swap() arguments must have same size" );                 
  union { char buf[ sizeof((a)) ]; max_align_t align; } _tmp; 
  memcpy( _tmp.buf, &(a), sizeof((a)) );                      
  (a) = (b);                                                  
  memcpy( &(b), _tmp.buf, sizeof((b)) ); } while (0)

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理想情况下，您希望确保 a 和 b 具有相同的 type，而不仅仅是大小，但不幸的是，没有 typeof 就无法做到这一点。

保障c23的swap()

如果您使用 c23，您可以通过确保 a 和 b 具有相同的类型来改进 swap()（因为 typeof 和 typeof_unqual 可用）：

#define swap(a,b) do {                            
  static_assert( is_same( typeof(a), typeof(b) ), 
    "swap() arguments must have same type" );     
  auto _tmp = (a); (a) = (b); (b) = _tmp; } while (0)

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其中 is_same() 使用 _generic 并且是：

#define IS_SAME(T,U)      
  _Generic( *(T*)0,       
    typeof_unqual(U): 1,  
    default         : 0   
  )

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需要 *(t*)0 将 t（类型）转换为 _generic 所需的表达式。 （提醒：表达式没有被求值，所以它取消引用空指针并不重要。）

typeof_unqual(u) 是删除限定符所必需的，否则如果 u 有限定符，它永远不会匹配。 （提醒：_generic 会丢弃控制表达式类型中的限定符。）

结论

当然 swap() 并不是真正必要的：你总是可以每次都手动打开交换代码；但无论如何，拥有它会让事情变得更好一点。

以上就是C 语言中的通用 SWAP() 宏的详细内容，更多请关注叮当号网其它相关文章！