如何用C预处理器生成X宏列表自笛卡尔积且无需重复定义列表？

假设我们用X宏定义了如下类型列表：

#define TYPES(X, ...) \
  X(__VA_ARGS__, i, int) \
  X(__VA_ARGS__, j, unsigned int) \
  X(__VA_ARGS__, l, long) \
  X(__VA_ARGS__, m, unsigned long)

当前的做法是复制一份列表宏命名为TYPES_，再通过TYPES_(TYPES, CAST)生成所有类型对的转换函数：

#define TYPES_(X, ...) \
  X(__VA_ARGS__, i, int) \
  X(__VA_ARGS__, j, unsigned int) \
  X(__VA_ARGS__, l, long) \
  X(__VA_ARGS__, m, unsigned long)
#define CAST(FROMCH, FROMTY, TOCH, TOTY) \
  TOTY FROMCH ## to ## TOCH (FROMTY x) { return (TOTY)x; }
TYPES_(TYPES, CAST)

但直接使用TYPES会触发预处理器递归展开的限制，无法运行。我们需要一种无需重复定义列表、也不依赖特殊预处理器扩展的方法，生成列表的自笛卡尔积代码。

核心思路是把纯列表内容和X宏调用逻辑拆分开，避免递归展开的问题：

1. 首先定义仅包含列表项的宏TYPES_LIST，这是唯一需要维护的数据源：

#define TYPES_LIST(X, ...) \
  X(__VA_ARGS__, i, int) \
  X(__VA_ARGS__, j, unsigned int) \
  X(__VA_ARGS__, l, long) \
  X(__VA_ARGS__, m, unsigned long)

2. 原有的TYPES宏改为对TYPES_LIST的简单包装，保持原有用法兼容：

#define TYPES(X, ...) TYPES_LIST(X, __VA_ARGS__)

3. 定义中间宏实现双层遍历：外层遍历每个源类型，内层遍历每个目标类型，生成转换函数：

// 外层遍历源类型时，调用此宏触发内层的目标类型遍历
#define GEN_CAST_FROM(FROMCH, FROMTY) TYPES_LIST(CAST, FROMCH, FROMTY)

// 单个转换函数的生成宏
#define CAST(FROMCH, FROMTY, TOCH, TOTY) \
  TOTY FROMCH ## to ## TOCH (FROMTY x) { return (TOTY)x; }

// 生成所有类型对的转换函数
TYPES(GEN_CAST_FROM)

原理说明 #

• TYPES(GEN_CAST_FROM)会展开为对每个源类型（i/j/l/m）调用GEN_CAST_FROM；
• 每个GEN_CAST_FROM(FROMCH, FROMTY)又会调用TYPES_LIST(CAST, FROMCH, FROMTY)，即对每个目标类型（i/j/l/m）调用CAST宏；
• 最终生成4×4=16个类型转换函数，完全覆盖自笛卡尔积，且全程没有递归展开问题——因为TYPES和TYPES_LIST是分离的，不会出现宏自身调用自身的情况。

这种方法仅使用标准C预处理器特性，不需要重复维护列表，后续修改类型仅需更新TYPES_LIST即可。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Alex Shpilkin