基于编译时判断初始化正确的联合体成员

需要实现一个宏，根据传入的表达式是编译时常量还是变量，初始化联合体的不同成员。已找到GCC扩展__builtin_constant_p()可判断表达式是否为常量（返回1表示常量，0表示变量），但不清楚如何基于此结果生成对应的联合体初始化代码。

原始尝试代码 #

#define TOKEN 10

typedef union 
{
    void* pv_variable;
    int literal;
} foo_t;

foo_t test_array[] =
{
    {.literal = 500},
    {.pv_variable = NULL}

    // 以下写法无效，如何使其生效？
    //
    // {(TOKEN == 10) ? (.literal) : (.pv_variable) = 10},
    // {__builtin_choose_expr(__builtin_constant_p(TOKEN), .literal = 10, .pv_variable = NULL)},
    // {. ## __builtin_choose_expr(__builtin_constant_p(TOKEN), literal, pv_variable) = 10},
};

目标实现需求 #

#define INIT_UNION(val) /* TODO: */
#define SOME_VARIABLE some_variable
#define SOME_CONSTANT 10

int some_variable = 20;

typedef union 
{
    void* pv_variable;
    int literal;
} foo_t;

foo_t test_array[] =
{
    INIT_UNION(SOME_CONSTANT), /* 应生成：{.literal = 10} */
    INIT_UNION(SOME_VARIABLE)  /* 应生成：{.pv_variable = &some_variable} */
};

实现方案 #

利用GCC的两个内置扩展__builtin_constant_p()和__builtin_choose_expr()，结合C99复合字面量特性，可实现需求：

#define INIT_UNION(val) \
    __builtin_choose_expr( \
        __builtin_constant_p(val), \
        (foo_t){.literal = (val)}, \
        (foo_t){.pv_variable = &(val)} \
    )

原理说明 #

1. __builtin_constant_p(val)：编译期判断val是否为常量表达式，是则返回1，否则返回0。
2. __builtin_choose_expr(cond, expr1, expr2)：编译期根据cond结果选择表达式，若cond为真则展开为expr1，否则展开为expr2，未选中的分支不会被编译。
3. 复合字面量(foo_t){...}：直接构造并返回foo_t类型的联合体实例，符合数组初始化语法要求。

验证代码 #

将上述宏代入目标代码，编译后会生成预期的初始化逻辑：

#define INIT_UNION(val) \
    __builtin_choose_expr( \
        __builtin_constant_p(val), \
        (foo_t){.literal = (val)}, \
        (foo_t){.pv_variable = &(val)} \
    )
#define SOME_VARIABLE some_variable
#define SOME_CONSTANT 10

int some_variable = 20;

typedef union 
{
    void* pv_variable;
    int literal;
} foo_t;

foo_t test_array[] =
{
    INIT_UNION(SOME_CONSTANT), /* 实际展开为：(foo_t){.literal = 10} */
    INIT_UNION(SOME_VARIABLE)  /* 实际展开为：(foo_t){.pv_variable = &some_variable} */
};

注意事项 #

• 该方案依赖GCC扩展，无法在标准C或非GCC兼容编译器中使用。
• 若传入的val是变量，必须确保其有明确的内存地址（不能是临时值或寄存器变量）。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者user1806687