如何检查表达式在 C 中是否为常量？

Question

假设我有一个场景，我需要确保我的代码中使用的值是编译时常量（例如，可能是对 P10 rule 2 "fixed loop bounds" 的严格解释）。我如何在 C 语言级别强制执行此操作？

C 在语言级别支持整数常量表达式 的概念。一定有可能想出一种方法来利用这一点，以便只有符合此规范的值才能在表达式中使用，对吗？例如：

for (int i = 0; i < assert_constant(10); ++i) {...

一些部分解决方案不够通用，无法在多种情况下使用：

位域： 在 C11 之前在 C 中实现 static_assert 的经典策略是 use a bitfield whose value would be illegal when a condition failed:
```
struct { int _:(expression); }
```
虽然这可以很容易地包装起来用作表达式的一部分，但它一点也不通用 - expression 的最大值“[可能] 不超过该类型对象的宽度如果省略冒号和表达式，将被指定”（C11 6.7.2.1），这对 expression 的大小设置了非常低的可移植限制（通常可能是 64）。它也可能不是负数。
枚举： 和 enum 要求任何初始化表达式都是整型常量表达式。但是，enum 声明不能嵌入到表达式中（不像 struct 定义），需要有自己的语句。由于枚举器列表中的标识符被添加到周围的范围中，因此我们每次也需要一个新名称。 __COUNTER__ 未标准化，因此无法从宏中实现此目的。
案例： 同样，case 行的参数表达式必须是整数常量。但这需要周围的 switch 语句。这并不比 enum 好多少，而且您不想将其隐藏在宏中（因为它会生成真实的语句，即使它们很容易被优化器删除） ).
数组声明： 自 C99 以来，数组大小甚至不必是常量，这意味着它无论如何都不会生成所需的错误。这也是一个需要在周围范围内引入名称的语句，遇到与 enum.

当然有一些方法可以在可重复的宏中隐藏常量检查，传递值（因此它可以用作表达式），并且不需要语句行或引入额外的标识符？

Answer 1

原来有办法！

虽然本地分配的数组在 C 中允许具有可变长度，但标准明确要求此类数组 not 具有显式初始化程序。我们可以通过给数组一个初始化列表来强制禁用 VLA 语言特性，这将强制数组大小为整数常量表达式（编译时常量）：

int arr[(expression)] = { 0 };

初始化器的内容无关紧要； { 0 } 将始终有效。

这个方案还是比enum方案略逊一筹，因为它需要一个语句，引入一个名字。但是，与枚举不同，数组可以匿名（作为复合文字）：

(int[expression]){ 0 }

由于复合文字有一个初始值设定项作为语法的一部分，因此它不可能成为 VLA，因此仍然保证需要 expression 作为编译时常量。

最后，因为匿名数组是表达式，我们可以将它们传递给 sizeof，这为我们提供了一种传递 expression:

原始值的方法

sizeof((char[expression]){ 0 })

这有一个额外的好处，那就是保证数组在运行时永远不会被分配。

最后，再多一点总结，我们甚至可以处理零值或负值：

sizeof((char[(expression)*0+1]){ 0 }) * 0 + (expression)

这在设置数组大小（永远为1）时忽略了expression的实际值，但仍考虑其恒定状态；然后它还会忽略数组的大小， returns 仅忽略原始表达式，因此对数组大小的限制 - 必须大于零 - 不需要应用于返回值。 expression 是重复的，但这就是宏的用途（如果编译通过，它不会被重新计算，因为 a. 它是一个常量，并且 b. 第一次使用是在 sizeof 中）。因此：

#define assert_constant(X) (sizeof((char[(X)*0+1]){ 0 }) * 0 + (X))

为了加分，我们可以使用非常相似的技术来实现 static_switch 表达式 ，方法是将数组大小与 C11 的 _Generic 相结合（这可能没有太多实际用途，但可能会取代一些不流行的嵌套三元组的情况）：

#define static_switch(VAL, ...) _Generic(&(char[(VAL) + 1]){0}, __VA_ARGS__)
#define static_case(N) char(*)[(N) + 1]

char * x = static_switch(3,
             static_case(0): "zero",
             static_case(1): "one",
             static_case(2): "two",
             default: "lots");
printf("result: '%s'\n", x); //result: 'lots'

（我们使用数组的地址来生成一个明确的数组指针类型，而不是让实现决定 _Generic 是否将数组提升为指针；截至 2016 年 4 月，这种歧义是DR 481 及其随后的 TC 在语言中修复。）

这比 assert_constant 稍微严格一些，因为它不允许负值。但是，通过在控制表达式和所有大小写值中都放置一个 +1，我们至少可以让它接受零。

如何检查表达式在 C 中是否为常量？

How can I check that an expression is constant in C?

c

compile-time

constant-expression