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C言語のマクロ

目次: C言語とlibc

C言語のマクロによる置換を、循環参照させたらどうなるでしょう？

A B C D
#define A B
A B C D
#define B C
A B C D
#define C A
A B C D

結論から言うと問題ありません。下記のような結果になります。

A B C D

B B C D

C C C D

A B C D

4つ目の結果は、置換前のA B C Dと何も変わっていないように見えますが、実はそうではありません。下記のように定義するとわかります。

A B C D
#define A 1 B
A B C D 
#define B 2 C
A B C D 
#define C 3 A
A B C D

A B C D

1 B B C D

1 2 C 2 C C D

1 2 3 A 2 3 1 B 3 1 2 C D

4つ目の結果の「A」を例にとると、A -> B -> C -> Aと3回のマクロの置換が行われた結果、Aに戻っているわけです。#define A Bのマクロは1度しか適用されないようです。

C言語の仕様

C言語の仕様（C11 final draft (N1570) - 6.10.3.4 Rescanning and further replacementの第2項）を見ると、

2
If the name of the macro being replaced is found during this scan of the replacement list (not including the rest of the source file's preprocessing tokens), it is not replaced. Furthermore, if any nested replacements encounter the name of the macro being replaced, it is not replaced. These nonreplaced macro name preprocessing tokens are no longer available for further replacement even if they are later (re)examined in contexts in which that macro name preprocessing token would otherwise have been replaced.

（直訳）
2
置換されるマクロの名前がreplacement listのスキャン中に見つかった場合（ソースファイルの残りの前処理トークンは含まれません）、そのマクロは置換されません。 さらに、入れ子になった置換が、置換されているマクロの名前に遭遇した場合、それは置換されません。 後にそのマクロ名の前処理トークンが置換されていたであろうコンテキストで（再）検査されても、これらの置換されていないマクロ名の前処理トークンはそれ以上の置換はできなくなります。

正直言って何言ってんだお前……？って感じがしますけども、平たく言うと同じマクロを2回適用しない、ように読めます。

複雑版

下記のように同じマクロで何度も置換できそうなマクロを定義してみます。

#define A B C
#define B C A
#define C A B
A B C D

A B A A C A B C B B A B C A C C B C D

1つ1つのトークンがどのマクロで展開されているか図示します。

循環するマクロ定義、展開の様子

複雑に見えますが、どのトークンを見ても同じマクロを2回適用されたものはないことがわかります。

関数型マクロの謎

しかし関数型マクロの場合は、不思議な挙動を示します。

#define F(a) a G
#define G(a) a F(a)

F(7)(8)(9)

7 8 8 G(9)

展開の様子は下記のようになると思われますが、

循環する関数マクロ定義、展開の様子

どうして7 8 8 G(9) で展開が終わるのかが良くわかりません……。マクロF(a) を2回適用しない、というルールならば、7 8 F(8)(9) で止まらなければおかしいように思いますが、結果を見るとなぜかF(8) も展開されています。