T230917 Generative Metaprogramming with Macro Preprocessor (Part 1)
这期开始将写一些关于宏编程的内容，讲解宏作为代码生成工具在产生式元编程中的运用。
有人可能会有疑问，已有模板作为元编程工具，为何还需要使用宏这种古老的代码生成工具？自然是因为如今模板元编程的代码生成能力仍有不足，在第三阶段 C++ 元编程的核心工具「源码生成」进入标准之前，宏依旧是一种常用的代码生成工具。
文章定位是 TGS，所以每 Part 只会讲一个单独的技术点，利于循序渐进地吸收。
宏编程得从 Variadic Macros 开始谈起，可变模板参数的个数可以通过 sizeof...(args) 获取，宏里面如何操作呢？便是本篇的主题。
首先需要明确，宏只有替换这一个功能，所谓的复杂代码生成功能，都是基于这一核心理念演绎出来的。因此，只要小步慢走，层层递进，复杂能力其实也并不复杂。
我们的需求是获取宏参数包的个数，第一步应该规范过程。
过程的输入是一系列对象，对象类型和个数是变化的；过程的输出是一个值，值应该等于输入对象的个数。如果将输入替换为任何类型的其他对象，只要个数没变，它的结果应该保持不变。
于是通过宏函数表示出过程原型：
#define COUNT_VARARGS(...) N根据宏的唯一功能可知，输出只能是一个值。依此便可否定遍历迭代之类的常规方式，可以考虑多加一层宏，通过由特殊到普遍的思想来不断分析，推出最终结果。
#define GET_VARARGS(a) 1
#define COUNT_VARARGS(...) GET_VARARGS(__VA_ARGS__)目前这种实现只能支持一个参数的个数识别，我们通过假设，在特殊的基础上逐渐增加更多参数。于是得到：
#define GET_VARARGS(a, b) 2
#define GET_VARARGS(a) 1
#define COUNT_VARARGS(...) GET_VARARGS(__VA_ARGS__)如果该假设成立，通过暴力法已能够将特殊推到普遍，问题也就解决了。但是，宏并不支持重载。有没有可能实现呢？通过再封装一层，消除名称重复。
#define GET_VARARGS_2(a, b) 2
#define GET_VARARGS_1(a) 1
#define GET_VARARGS(...) GET_VARARGS_X(__VA_ARGS__)
#define COUNT_VARARGS(...) GET_VARARGS(__VA_ARGS__)至此，我们发现，若要实现宏重载效果，必须确定 GET_VARARGS_X 中的 X，而它又和参数个数相同，表示问题又绕回去了，此路不通。
因此，再回到特殊情况重新分析，函数目前确定只能存在一个，唯一能够改变的就只剩下输入和输出。既然不能重载，那么输出也就不能直接写出，先同时改变输入和输出，满足特殊情况再说。
#define GET_VARARGS(N, ...) N
#define COUNT_VARARGS(...) GET_VARARGS(1, __VA_ARGS__)已经支持一个参数，现在尝试两个参数的情况。
#define GET_VARARGS(N1, N2, ...) N?
#define COUNT_VARARGS(...) GET_VARARGS(1, 2, __VA_ARGS__)由于输出是唯一确定的，这种尝试也以失败告终，于是排除改变输出的可能性，目前只剩下输入是可以改变的。继续尝试：
#define GET_VARARGS(N1, N2, ...) N2
#define COUNT_VARARGS(...) GET_VARARGS(__VA_ARGS__, 1, 2)稍微调整一下输入的顺序，便有了新的发现：当 __VA_ARGS__ 个数为 1 时，N2 此时为 1；当个数为 0 时，N2 为 2。这表明间接层的输入参数之间具备着某种关系，接着扩大样本，寻找规律：
#define GET_VARARGS(N1, N2, N3, N4, N5, ...) N5
#define COUNT_VARARGS(...) GET_VARARGS(__VA_ARGS__, 1, 2, 3, 4, 5)列出表格分析：
| 参数个数 | N5 |
|---|---|
| 0 | 5 |
| 1 | 4 |
| 2 | 3 |
| 3 | 2 |
| 4 | 1 |
由此可知，参数个数和输出顺序相反，且少 1。故修改实现为：
#define GET_VARARGS(N1, N2, N3, N4, N5, ...) N5
#define COUNT_VARARGS(...) GET_VARARGS(__VA_ARGS__, 4, 3, 2, 1, 0)通过发现的规律，我们实现了由特殊到普遍的过程，函数的参数个数一般是有限的，只要再通过暴力法扩大数值范围，便能够为该需求实现一个通用的工具。
普遍性的解决方案还需要实践的检验，因为实现当中可能还会存在技术问题。这里的 __VA_ARGS__ 就是一个问题，当输入参数个数为 0 时，替换之后会留下一个 ,，这又打破了普遍性。
通过查阅资源，我们发现 ##__VA_ARGS__ 可以消除这种情况下的逗号，但是它不能写在参数的开头。根据这个约束，改变参数，进一步优化实现，得到：
#define GET_VARARGS(Ignored, N1, N2, N3, N4, N5, ...) N5
#define COUNT_VARARGS(...) GET_VARARGS("ignored", ##__VA_ARGS__, 4, 3, 2, 1, 0)至此，该实现终于具备普遍性，我们整理接口名称，使其更加规范。变为：
#define GET_VARARGS(_0, _1, _2, _3, _4, N, ...) N
#define COUNT_VARARGS(...) GET_VARARGS("ignored", ##__VA_ARGS__, 4, 3, 2, 1, 0)在此基础上，将它由 4 推到 20，或是 50、100…… 都不成问题，只要选择一个合适够用的数值就行。
下一步是要进一步检测，将其扩展到其他编译器进行编译，并尝试切换不同的语言版本编译，观察结果是否依旧一致。
经过检测，发现 ##__VA_ARGS__ 的行为并不通用，不同语言版本和编译期的结果都不尽相同。此时就需要进一步查找解决方案，增强实现的通用性。
最终查找到 C++20 的 __VA_OPT__ 已经解决了这个问题，于是替换实现。
#define GET_VARARGS(_0, _1, _2, _3, _4, N, ...) N
#define COUNT_VARARGS(...) GET_VARARGS("ignored" __VA_OPT__(,) __VA_ARGS__, 4, 3, 2, 1, 0)
int main() {
printf("zero arg: %d\n", COUNT_VARARGS());
printf("one arg: %d\n", COUNT_VARARGS(1));
printf("two args: %d\n", COUNT_VARARGS(1, 2));
printf("three args: %d\n", COUNT_VARARGS(1, 2, 3));
printf("four args: %d\n", COUNT_VARARGS(1, 2, 3, 4));
}若要支持 C++20 之前的版本，那么只需要再寻找办法，增加预处理即可。
更多内容，请等下篇讲解。
