#defineの動作

Question

前提・実現したいこと

教師をしていますが，学生が変なプログラムを書いてきたので，シンプルにして実験してみたのですが，プリプロセッサの挙動が自分が考えている結果と異なるのですが，これは仕様でしょうか？

発生している問題・エラーメッセージ

"#define A 10" ですが，Aが変数のように扱われる。そういうものなのでしょうか？

該当のソースコード

#include <stdio.h>
#define TEST A+1
int main(void){
  #define A 10
  printf("%u\n",TEST);
  #define A 30
  printf("%u\n",TEST);
}

試したこと

実行結果ですが，
"#define TEST A+1"
が先に全体に処理されて，二つのprintf文のTESTは，A+1 に置き換わると考えました。
次に，main関数の#define A 10　により，A+1 はすべて10+1に置き換わり，
"#define A 30"　では，もうAがないので，何も置き換えないと思ったのですが，
実行結果は，
11
31
となりました。まるでAが変数になっているようです。

補足情報（FW/ツールのバージョンなど）

Arduinoのコンパイラとpaiza.ioで試しました。

Comments

[dodox86]

> Arduinoのコンパイラとpaiza.ioで試しました。

プリプロセスの結果だけを知りたい場合、gccであれば"-E"オプションを使って確認できます。

$ cat t1.c
#include <stdio.h>
#define TEST A+1
int main(void){
#define A 10
printf("%u\n",TEST);
#define A 30
printf("%u\n",TEST);
}

$ gcc t1.c
t1.c: In function ‘main’:
t1.c:6: warning: "A" redefined
6 | #define A 30
|
t1.c:4: note: this is the location of the previous definition
4 | #define A 10
|

$ gcc -E t1.c > t1.c2

でたくさん出力されるので、t1.c2を抜粋すると

# 3 "t1.c"
int main(void){

printf("%u\n",10 +1);

printf("%u\n",30 +1);
}

ご質問は「この動きは仕様でしょうか？」なので、以上コメントのみです。

[thkana]

本題ではないけれど、#defineで同じシンボルを違う値で再定義すると少なくとも警告になるはず。
ぜひ「きちんと説明できない限り、(たとえ「うまく動いた」としても)警告を無視してはいけない」と教えてやってくださいな。
警告を出さないようにすると、
int main(void){
#define A 10
printf("%u\n",TEST);
#undef A
#define A 30
printf("%u\n",TEST);
}
となるはずで、そうすると「A+1 はすべて10+1に置き換わ」るようには見えなくなりませんか。

[handymatsu]

dodox86　様，　大変参考になるレス，ありがとうございました。

[handymatsu]

thkana　様，それが，Warningが出れば良いのですが，Arduinoではでないので戸惑っていました。今調べてみたところ，コンパイラのエラーを出力するオプションがありました。早速試してみたところ，無事にエラーが出ました。デフォルトでこのオプションをオンにしておくようにします。ありがとうございました。
C:\Users\matsu\Documents\Arduino\zzz\zzz.ino:8:0: warning: "A" redefined
#define A 30
^
C:\Users\matsu\Documents\Arduino\zzz\zzz.ino:6:0: note: this is the location of the previous definition
#define A 10
^

[thkana]

とりあえず、教える立場の方のようなので
「エラー」と「警告」は出る意味も対応も異なるかと思いますので、生徒にはしっかり区別して説明してあげてください。

[handymatsu]

Arduinoの開発環境の設定変更は，次回の電算室のアプリアップデート時に全台更新して，出てきたWarningはつぶすように学生さんには指導します。出てきたエラーは（理解した上でどうしようもない場合を除いて）Warningも含めて，きちんと対処させる方針で教育しています。きっかけとなったプログラムを書いた学生さんは，別の問題もあり，補講等で対応します。アドバイス，ありがとうございました。

Answer 1

「仕様でしょうか？」という質問に対しては

• 言語仕様としては保証されない
• GCC としては保証している

というのが端的な答えです。

言語仕様 (ISO/IEC 9899:1999) ではマクロの置換要素の並びが同じ場合に限って再定義が許される旨が 6.10.3 にあり、質問の例ではそれに該当しないので結果は (言語仕様上は) 未定義と解釈できます。

Arduino のコンパイラの実体は GCC なわけですが、 GCC としては警告を出した上で新しい定義に置き換えるという挙動は保証しているようです。

Comments

[otn]

補足ですが、この回答は、Aの再定義である
#define A 30
の前に、
#undef A
を入れるべきという指摘でしょうね。

[handymatsu]

GCCですと，Warningが出るようです。そもそもこの学生さん，#defineの意味分かっているのかな・・・。補講でもしてあげないといけないかも・・・。
ありがとうございました。

Answer 2

プリプロセスが済むと次のようになります。

int main(void){
  printf("%u\n",10+1);
  printf("%u\n",30+1);
}

コードの前から順に処理されるため、#define が二回行われた場合、二回目とそれ以降では別のものになります。
変数のような実行順ではなく、あくまで出現順です。

Comments

[Zuishin]

> "#define TEST A+1"
が先に全体に処理されて，二つのprintf文のTESTは，A+1 に置き換わると考えました。

置き換わりますが、その A が更に展開されます。一回目は A が 10 に、二回目は 30 になります。

[Zuishin]

ソースコードは前から順に処理されるので、次のような順番になります。

まず TEST が A+1 を表すようになります。

次に A が 10 を指すようになります。

printf("%u\n",TEST); が展開されて printf("%u\n",A+1); になります。

printf("%u\n",A+1); が更に展開されて printf("%u\n",10+1); になります。

次に A が 30 を指すようになります。

printf("%u\n",TEST); が展開されて printf("%u\n",A+1); になります。

printf("%u\n",A+1); が更に展開されて printf("%u\n",30+1); になります。

[handymatsu]

ありがとうございます。置き換えテーブルを常に更新しながら作業しているって事ですね。ありがとうございました。