MSVC 新的預處理器概觀

我們會更新Microsoft C++預處理器，以改善標準一致性、修正長期 Bug，以及變更正式未定義的某些行為。 我們也新增了新的診斷，以警告巨集定義中的錯誤。

從 Visual Studio 2019 16.5 版開始，C++20 標準的預處理器支援功能完整。 您可以使用 /Zc：preprocessor 編譯程序參數來取得這些變更。 從 Visual Studio 2017 15.8 版開始，舊版提供新預處理器的實驗版本。 您可以使用 /experimental：preprocessor 編譯程序參數加以啟用。 默認預處理器行為與舊版相同。

新的預先定義巨集

您可以在編譯時期偵測到哪個預處理器正在使用中。 檢查預先定義的巨集 _MSVC_TRADITIONAL 值，以判斷傳統預處理器是否正在使用中。 這個巨集是由支援它的編譯程式版本無條件設定，與叫用預處理器無關。 其值是傳統預處理器的 1。 這是符合預處理器的 0。

#if !defined(_MSVC_TRADITIONAL) || _MSVC_TRADITIONAL
// Logic using the traditional preprocessor
#else
// Logic using cross-platform compatible preprocessor
#endif

新預處理器的行為變更

新預處理器的初始工作著重於讓所有巨集擴充都符合標準。 它可讓您將 MSVC 編譯程式與傳統行為目前封鎖的連結庫搭配使用。 我們已在真實世界項目上測試更新的預處理器。 以下是我們發現的一些較常見的重大變更：

巨集批注

傳統的預處理器是以字元緩衝區為基礎，而不是預處理器令牌。 它允許異常行為，例如下列預處理器批注技巧，在符合預處理器下無法運作：

#if DISAPPEAR
#define DISAPPEARING_TYPE /##/
#else
#define DISAPPEARING_TYPE int
#endif

// myVal disappears when DISAPPEARING_TYPE is turned into a comment
DISAPPEARING_TYPE myVal;

符合標準的修正是在適當的#ifdef/#endif指示詞內宣告int myVal：

#define MYVAL 1

#ifdef MYVAL
int myVal;
#endif

L#val

傳統的預處理器不正確地將字串前置詞結合至字串化運算元 （#） 運算符的結果：

#define DEBUG_INFO(val) L"debug prefix:" L#val
//                                       ^
//                                       this prefix

const wchar_t *info = DEBUG_INFO(hello world);

在此情況下，前置詞是不必要的， L 因為相鄰的字串常值無論如何在巨集擴充之後會合併。 回溯相容的修正是變更定義：

#define DEBUG_INFO(val) L"debug prefix:" #val
//                                       ^
//                                       no prefix

在將自變數「字串化」到寬字串常值的便利巨集中，也會發現相同的問題：

 // The traditional preprocessor creates a single wide string literal token
#define STRING(str) L#str

您可以透過各種方式修正此問題：

• 使用 和 #str 的L""字串串連來新增前置詞。 在巨集擴充之後，相鄰字串常值會結合：

  #define STRING1(str) L""#str
  

• 在之後 #str 新增前置詞以其他巨集展開字串化

  #define WIDE(str) L##str
  #define STRING2(str) WIDE(#str)
  

• 使用串連運算符 ## 來合併令牌。 和的作業##順序並未指定，不過在此情況下，所有編譯程式似乎都會##評估 # 運算元。#

  #define STRING3(str) L## #str
  

無效的警告##

當標記貼上運算符 （##） 不會產生單一有效的前置處理令牌時，行為是未定義的。 傳統預處理器以無訊息方式無法合併令牌。 新的預處理器會比對大部分其他編譯程序的行為，併發出診斷。

// The ## is unnecessary and does not result in a single preprocessing token.
#define ADD_STD(x) std::##x
// Declare a std::string
ADD_STD(string) s;

variadic 巨集中的逗號 elision

傳統的 MSVC 預處理器一律會在空 __VA_ARGS__ 的取代之前移除逗號。 新的預處理器更緊密地遵循其他熱門跨平臺編譯程序的行為。 若要移除逗號，必須遺漏 variadic 自變數（不只是空白），而且必須以 ## 運算符標示。 請考慮下列範例：

void func(int, int = 2, int = 3);
// This macro replacement list has a comma followed by __VA_ARGS__
#define FUNC(a, ...) func(a, __VA_ARGS__)
int main()
{
    // In the traditional preprocessor, the
    // following macro is replaced with:
    // func(10,20,30)
    FUNC(10, 20, 30);

    // A conforming preprocessor replaces the
    // following macro with: func(1, ), which
    // results in a syntax error.
    FUNC(1, );
}

在下列範例中，叫用巨集中遺漏了對 variadic 自變數的呼叫 FUNC2(1) 。 在對 variadic 自變數的 FUNC2(1, ) 呼叫中是空的，但沒有遺漏（請注意自變數清單中的逗號）。

#define FUNC2(a, ...) func(a , ## __VA_ARGS__)
int main()
{
   // Expands to func(1)
   FUNC2(1);

   // Expands to func(1, )
   FUNC2(1, );
}

在即將推出的 C++20 標準中，已藉由新增 __VA_OPT__來解決此問題。 新的預處理器支援 __VA_OPT__ 可從 Visual Studio 2019 16.5 版開始提供。

C++20 variadic 巨集延伸

新的預處理器支援 C++20 variadic 巨集自變數 elision：

#define FUNC(a, ...) __VA_ARGS__ + a
int main()
  {
  int ret = FUNC(0);
  return ret;
  }

此程式代碼在 C++20 標準之前不符合。 在 MSVC 中，新的預處理器會將此C++20 行為延伸至較低的語言標準模式 （/std:c++14， /std:c++17。 此延伸模組符合其他主要跨平臺C++編譯程序的行為。

巨集自變數為「已解壓縮」

在傳統的預處理器中，如果巨集將其其中一個自變數轉送至另一個相依巨集，則自變數不會在插入時取得「解壓縮」。 通常不會察覺此優化，但可能會導致異常行為：

// Create a string out of the first argument, and the rest of the arguments.
#define TWO_STRINGS( first, ... ) #first, #__VA_ARGS__
#define A( ... ) TWO_STRINGS(__VA_ARGS__)
const char* c[2] = { A(1, 2) };

// Conforming preprocessor results:
// const char c[2] = { "1", "2" };

// Traditional preprocessor results, all arguments are in the first string:
// const char c[2] = { "1, 2", };

展開 A()時，傳統預處理器會將封裝在 中的所有 __VA_ARGS__ 自變數轉送至 TWO_STRINGS 的第一個自變數，這會讓 variadic 自變數保持 TWO_STRINGS 空白。 這會導致的結果 #first 是 “1， 2” ，而不只是 “1”。 如果您緊隨其後，您可能想知道傳統預處理器擴充的結果 #__VA_ARGS__ 發生什麼事：如果 variadic 參數是空的，它應該會產生空字串常值 ""。 另一個問題會讓空字串常值令牌無法產生。

重新掃描巨集的取代清單

取代巨集之後，系統會重新掃描產生的標記，以取得要取代的其他巨集標識碼。 傳統預處理器用來執行重新掃描的演算法不符合規範，如此範例中根據實際程式碼所示：

#define CAT(a,b) a ## b
#define ECHO(...) __VA_ARGS__
// IMPL1 and IMPL2 are implementation details
#define IMPL1(prefix,value) do_thing_one( prefix, value)
#define IMPL2(prefix,value) do_thing_two( prefix, value)

// MACRO chooses the expansion behavior based on the value passed to macro_switch
#define DO_THING(macro_switch, b) CAT(IMPL, macro_switch) ECHO(( "Hello", b))
DO_THING(1, "World");

// Traditional preprocessor:
// do_thing_one( "Hello", "World");
// Conforming preprocessor:
// IMPL1 ( "Hello","World");

雖然此範例看起來有點令人心動，但我們在真實世界程序代碼中看到了它。

若要查看發生了什麼事，我們可以從 開始 DO_THING分解擴充：

1. DO_THING(1, "World") 展開至 CAT(IMPL, 1) ECHO(("Hello", "World"))
2. CAT(IMPL, 1) 展開至 IMPL ## 1，其擴充至 IMPL1
3. 令牌現在處於此狀態： IMPL1 ECHO(("Hello", "World"))
4. 預處理器會尋找類似函式的巨集識別碼 IMPL1。 因為它後面沒有 (，所以它不會被視為類似函式的巨集調用。
5. 預處理器會移至下列令牌。 它會尋找叫用類似函式的巨集 ECHO ： ECHO(("Hello", "World"))，其會展開至 ("Hello", "World")
6. IMPL1 不會再考慮擴充，因此擴充的完整結果如下： IMPL1("Hello", "World");

若要修改巨集以在新的預處理器和傳統預處理器下的行為相同，請新增另一層間接：

#define CAT(a,b) a##b
#define ECHO(...) __VA_ARGS__
// IMPL1 and IMPL2 are macros implementation details
#define IMPL1(prefix,value) do_thing_one( prefix, value)
#define IMPL2(prefix,value) do_thing_two( prefix, value)
#define CALL(macroName, args) macroName args
#define DO_THING_FIXED(a,b) CALL( CAT(IMPL, a), ECHO(( "Hello",b)))
DO_THING_FIXED(1, "World");

// macro expands to:
// do_thing_one( "Hello", "World");

16.5 之前的不完整功能

從 Visual Studio 2019 16.5 版開始，新的預處理器已完成C++20。 在舊版 Visual Studio 中，新的預處理器大多已完成，不過有些預處理器指示詞邏輯仍會回復為傳統行為。 以下是 16.5 之前 Visual Studio 版本中不完整的部分功能清單：

• 支援 _Pragma
• C++20 功能
• 提升封鎖錯誤：預處理器常數表達式中的邏輯運算符不會在16.5版之前於新的預處理器中完全實作。 #if在某些指示詞上，新的預處理器可以回復到傳統的預處理器。 只有在巨集與傳統預處理器不相容時，效果才明顯。 建置 Boost 預處理器位置時，可能會發生此情況。