コグノスケ

GCCを調べる - その10-2 - ベクトル型への対応（TARGET_VECTOR_MODE_SUPPORTED_P追加編）

目次: GCC

前回（2020年3月27日の日記参照）の調査により、targetm.vector_mode_supported_p() がfalseを返すことが原因だとわかりました。この関数ポインタが指す先は、アーキテクチャターゲット（ARMとかi386とかriscvとか）ごとに違います。RISC-Vの場合は下記のようにすれば良いです。

// gcc/config/riscv/riscv.c

static bool
riscv_vector_mode_supported_p (machine_mode mode)
{
  if (TARGET_VECTOR)  //★★本当はmodeの値を確認したほうが良いが、今回は手抜き
    return true;

  return false;
}

...

#undef TARGET_VECTOR_MODE_SUPPORTED_P
#define TARGET_VECTOR_MODE_SUPPORTED_P riscv_vector_mode_supported_p

このtargetmもやや魔界感があるので、何でこのdefineで実装が切り替わるのか、についても調べたいところですね。それはさておいて、上記の実装を追加すると無事ベクトル型が使えるようになります。

(insn 70 2 69 2 (set (reg:V64SI 105 [ v1 ])  ★★reg:V64SIになっている
        (asm_operands/v:V64SI ("vlw.v %0, %1") ("=&v") 0 [
                (mem/c:SI (plus:SI (reg/f:SI 99 virtual-stack-vars)
                        (const_int -360 [0xfffffffffffffe98])) [1 b+40 S4 A64])
            ]
             [
                (asm_input:SI ("A") b.c:7)
            ]
             [] b.c:7)) "b.c":7:2 -1
     (nil))

バイナリも正しく出力されます。sizeof(v1) も256が返されます。ちなみにアセンブルしなくても、オプション -Sでアセンブラを見てもほぼ同じです。

a.out:     file format elf32-littleriscv

Disassembly of section .text:

00010054 <_start>:
   10054:       7165                    addi    sp,sp,-400
   10056:       103c                    addi    a5,sp,40
   10058:       1207e007                vlw.v   v0,(a5)
   1005c:       6159                    addi    sp,sp,400
   1005e:       8082                    ret

良かった良かった。オプションO0の問題はまた今度です。

GCCを調べる - その10-1 - ベクトル型を使うとエラー（TARGET_VECTOR_MODE_SUPPORTED_P追加編）

目次: GCC

以前（2020年3月27日の日記、2020年3月28日の日記、2020年3月29日の日記参照）ベクトルレジスタを扱えるようにした際に、下記の問題が残っていました。

• 変数がintなのでsizeof(v) が4になる、ベクトルを扱いたい
• 最適化オプションをO0にするとコンパイラがinternal errorを出す

前回（2020年5月12日の日記参照）はベクトル型に向けてマシンモードを追加しました。引き続き、1つ目の問題に取り組んでいきたいと思います。

ベクトル型は基本型（SI, DI, SF, DFなど）が複数連結されているデータ型です。個数は2のべき乗（2, 4, 8, 16, ...）でなければなりません、3個や10個はダメです。型は通常GCCの実装で定義します。ベクトル型も当然同じでGCCの実装で定義しますが、ベクトル型はやや特殊で、GCCのattributeでも定義することができます。今回はattributeを使ってみます。

typedef int __v64si __attribute__((__vector_size__(256)));

void _start()
{
	int b[100];
	__v64si v1;

	__asm__ volatile ("vlw.v %0, %1\n"
		: "=&v"(v1) : "A"(b[10]));
}

ベクトル型を使ってインラインアセンブラを書くとエラーが出ます。

$ riscv32-unknown-elf-gcc -Wall -march=rv32gcv b.c -O2 -nostdlib -S

b.c: In function '_start':
b.c:7:2: error: impossible constraint in 'asm'
    7 |  __asm__ volatile ("vlw.v %0, %1\n"
      |  ^~~~~~~

このエラーは以前（2020年3月6日の日記参照）、register constraintに 'v' を追加したときに解析した部分で見ました。詳細は昔の日記を見ていただくとして、以前との差を示します。

// gcc/recog.c

int
asm_operand_ok (rtx op, const char *constraint, const char **constraints)
{

...

	default:
	  cn = lookup_constraint (constraint);
	  switch (get_constraint_type (cn))
	    {
	    case CT_REGISTER:
	      if (!result
		  && reg_class_for_constraint (cn) != NO_REGS  //★★以前引っかかっていたのはこちら
		  && GET_MODE (op) != BLKmode        //★★今回はこちらの条件に引っかかる
		  && register_operand (op, VOIDmode))
		result = 1;
	      break;

新たなマシンモードV64SImodeを追加（2020年5月12日の日記参照）を追加したのに、どうしてBLKmodeが選択されてしまうのでしょう？

オプション --dump-tree-all --dump-rtl-allを付けて、BLKmodeが選ばれるタイミングを追うと、パスexpandが終わった時点でBLKmodeになっていました。

(insn 26 7 10 2 (set (mem/c:BLK (plus:SI (reg/f:SI 99 virtual-stack-vars)  ★★mem/c:BLKになっている
                (const_int -1168 [0xfffffffffffffb70])) [1  A128])
        (asm_operands/v:BLK ("vlw.v %0, %1") ("=&v") 0 [
                (mem/c:SI (plus:SI (reg/f:SI 99 virtual-stack-vars)
                        (const_int -872 [0xfffffffffffffc98])) [1 b+40 S4 A64])
            ]
             [
                (asm_input:SI ("A") b.c:7)
            ]
             [] b.c:7)) "b.c":7:2 -1
     (nil))

パスexpandはGIMPLEからRTLという中間表現に変換するパスです。RTLに変換した直後からBLKmodeですから、かなり最初の方からダメだってことがわかります。何が悪いかわからないのでexpand辺りのコードを探ってみます。

// gcc/cfgexpand.c

static void
expand_asm_stmt (gasm *stmt)
{

...

  for (i = 0; i < noutputs; ++i)
    {
      tree val = output_tvec[i];
      tree type = TREE_TYPE (val);
      bool is_inout, allows_reg, allows_mem, ok;
      rtx op;

...

      if ((TREE_CODE (val) == INDIRECT_REF && allows_mem)
	  || (DECL_P (val)
	      && (allows_mem || REG_P (DECL_RTL (val)))
	      && ! (REG_P (DECL_RTL (val))
		    && GET_MODE (DECL_RTL (val)) != TYPE_MODE (type)))
	  || ! allows_reg
	  || is_inout
	  || TREE_ADDRESSABLE (type))
	{

...
	}
      else
	{
	  op = assign_temp (type, 0, 1);  //★★これ
	  op = validize_mem (op);
	  if (!MEM_P (op) && TREE_CODE (val) == SSA_NAME)
	    set_reg_attrs_for_decl_rtl (SSA_NAME_VAR (val), op);

	  generating_concat_p = old_generating_concat_p;

	  push_to_sequence2 (after_rtl_seq, after_rtl_end);
	  expand_assignment (val, make_tree (type, op), false);
	  after_rtl_seq = get_insns ();
	  after_rtl_end = get_last_insn ();
	  end_sequence ();
	}


// gcc/function.c

rtx
assign_temp (tree type_or_decl, int memory_required,
	     int dont_promote ATTRIBUTE_UNUSED)
{
  tree type, decl;
  machine_mode mode;
#ifdef PROMOTE_MODE
  int unsignedp;
#endif

  if (DECL_P (type_or_decl))
    decl = type_or_decl, type = TREE_TYPE (decl);
  else
    decl = NULL, type = type_or_decl;

  mode = TYPE_MODE (type);  //★★これ


// gcc/tree.h

#define TYPE_MODE(NODE) \
  (VECTOR_TYPE_P (TYPE_CHECK (NODE)) \
   ? vector_type_mode (NODE) : (NODE)->type_common.mode)    //★★これ


// gcc/tree.c

/* Vector types need to re-check the target flags each time we report
   the machine mode.  We need to do this because attribute target can
   change the result of vector_mode_supported_p and have_regs_of_mode
   on a per-function basis.  Thus the TYPE_MODE of a VECTOR_TYPE can
   change on a per-function basis.  */
/* ??? Possibly a better solution is to run through all the types
   referenced by a function and re-compute the TYPE_MODE once, rather
   than make the TYPE_MODE macro call a function.  */

machine_mode
vector_type_mode (const_tree t)
{
  machine_mode mode;

  gcc_assert (TREE_CODE (t) == VECTOR_TYPE);

  mode = t->type_common.mode;  //★★このモードはV64SImodeになる
  if (VECTOR_MODE_P (mode)
      && (!targetm.vector_mode_supported_p (mode)  //★★この判定文が偽になる
	  || !have_regs_of_mode[mode]))
    {
      scalar_int_mode innermode;

      /* For integers, try mapping it to a same-sized scalar mode.  */
      if (is_int_mode (TREE_TYPE (t)->type_common.mode, &innermode))  //★★256バイトのIntはないから、偽になる
	{
	  poly_int64 size = (TYPE_VECTOR_SUBPARTS (t)
			     * GET_MODE_BITSIZE (innermode));
	  scalar_int_mode mode;
	  if (int_mode_for_size (size, 0).exists (&mode)
	      && have_regs_of_mode[mode])
	    return mode;
	}

      return BLKmode;  //★★BLKmodeになってしまう
    }

  return mode;
}

条件式にあるtargetm.vector_mode_supported_p() がfalseのため、BLKmodeになってしまうようです。

ノートPCのファンがうるさい

ノートPC（ThinkPad E480）の冷却ファンが回り続けていてうるさいです。特に何かしている訳でもないのに、良い勢いでファンが回ってます。

ここ最近、ノートPCを酷使（ゲーム、在宅勤務など）したため、ファンに埃が詰まって、冷却能力が下がったか？と予想して、頑張ってThinkPadの裏蓋を開けました。しかし思ったほど汚れていません。

どうしてファンが回りっぱなしなんでしょう？純粋に冷却能力が足りないだけなんだろうか？？

ThinkPadの裏蓋

ThinkPad E480の裏蓋はめちゃくちゃ開けにくいです。ネジ9か所と爪で止まっているので、ネジを緩めた後、マイナスドライバーでこじ開けるしかありません。

爪を外すとき、バキっ！ベキっ！というすごい嫌な音がします。案の定、ヒンジ付近（ノートPCとノートPCディスプレイが接続されている方）の爪が4か所ほど折れました。

GCCを調べる - その9 - ベクトル型用マシンモードの追加

目次: GCC

以前（2020年3月27日の日記、2020年3月28日の日記、2020年3月29日の日記参照）ベクトルレジスタを扱えるようにした際に、下記の問題が残っていました。

• 変数がintなのでsizeof(v) が4になる、ベクトルを扱いたい
• 最適化オプションをO0にするとコンパイラがinternal errorを出す

1つ目の問題に取り組んでいきたいと思います。RISC-V 32の場合、intの変数は32bit整数のデータ型として扱われます。GCC内部の表現（RTL）ではSImodeというマシンモード（※）で表されます。他の大きさのデータ型を示すマシンモードも当然存在していて8, 16, 64bit整数はそれぞれBImode, HImode, DImodeで表されます。

普通の型に対応するモードはGCCが定義済みですが、ベクトル型を表すモードは標準では存在しないため、自分で新規に定義する必要があります。

（※）マシンモード（Machine Mode）については、GCC Internalsの14.6 Machine Modesに簡単な説明と標準的なモードの一覧が載っています。これによればSIはSingle Integerの略らしいです。変な名前だなあ。

マシンモードはどこにある？

以前（2020年3月14日の日記参照）説明したとおりですが、軽くおさらいすると、標準的なマシンモードはgcc/machmode.def、アーキテクチャ固有のマシンモードはgcc/config/arch/arch-modes.defにあります。例えばRISC-Vならgcc/config/riscv/riscv-modes.defです。

現在のところRISC-V固有のマシンモードは1つしか定義されていません。

FLOAT_MODE (TF, 16, ieee_quad_format);

このファイルにベクトル型を表すマシンモードを追加します。

VECTOR_MODE (INT, SI, 8);
VECTOR_MODE (INT, SI, 16);
VECTOR_MODE (INT, SI, 32);
VECTOR_MODE (INT, SI, 64);

とりあえず整数（INT, SI）が8, 16, 32, 64（それぞれ32, 64, 128, 256バイト）個連結されているデータ型を想定して作りました。ベクトル型を語る上では浮動小数点型も大事ですが、とりあえず今回は整数型のみを定義しています。

マシンモード追加できたかな

マシンモードを正しく追加できたか確かめる方法は色々あるのでしょうけど、個人的に簡単だと思うのは一旦ビルドしてしまう方法です。

GCCをビルドするとビルド用のディレクトリ（以降build_gccと呼びます）に、モードが全部書いてあるヘッダinsn-modes.hが生成されます。生成されたヘッダを検索すれば一発です。

// gcc/build_gcc/insn-modes.h

enum machine_mode
{
  E_VOIDmode,              /* machmode.def:189 */
#define HAVE_VOIDmode
#ifdef USE_ENUM_MODES
#define VOIDmode E_VOIDmode
#else
#define VOIDmode ((void) 0, E_VOIDmode)
#endif
  E_BLKmode,               /* machmode.def:193 */
#define HAVE_BLKmode
#ifdef USE_ENUM_MODES
#define BLKmode E_BLKmode
#else
#define BLKmode ((void) 0, E_BLKmode)
#endif

...

  E_V32SImode,             /* config/riscv/riscv-modes.def:26 */
#define HAVE_V32SImode
#ifdef USE_ENUM_MODES
#define V32SImode E_V32SImode
#else
#define V32SImode ((void) 0, E_V32SImode)
#endif
  E_V64SImode,             /* config/riscv/riscv-modes.def:27 */
#define HAVE_V64SImode
#ifdef USE_ENUM_MODES
#define V64SImode E_V64SImode
#else
#define V64SImode ((void) 0, E_V64SImode)
#endif

...

新たなマシンモードV64SImode（SIが64個連結されたデータ型）が追加されたことがわかると思います。コメントにマシンモードの定義されている場所も書かれていて、とても親切です。

ほぼ全域に渡って意味不明コードだらけのGCCでは珍しい部類の、わかりやすさ＆親切さです。自動生成コードには気を使っているんでしょうか？他のところもこれくらい親切だと嬉しいんですけどねえ。

ヤマザキ春のパン祭り

今年のヤマザキ春のパン祭りは、2枚もゲットできました。

2020年、春のパン祭りの戦利品

去年は品川勤務かつコンビニ昼飯がメインだったので、ヤマザキパンを買う機会がほぼなく、お皿をもらえるほど点がたまりませんでした。今年はCOVID-19による在宅勤務で、近所のスーパーでパンを買う機会が大幅に増えたため、2枚も手に入ったわけです。在宅勤務の意外な効果です。

コンビニに行かない人にとっては意外かもしれませんが、コンビニはヤマザキパンをほとんど置いていません。自社のプライベートブランドのパンばかりです。10年位前は他社のパンも置いていたんですが、今やコンビニは9割方がプライベートブランドのパンです。

コンビニのプライベートブランドのパンは、大手メーカー（ヤマザキパン、敷島製パン、フジパンなど）が作っていますが、コストの都合か何だか知りませんが、味に劣る気がします。好みの問題なのかな……？

強化ガラス

パン祭りのお皿、裏側に何か書いてるなーと思って写真を撮ってみました。

お皿の裏の説明

ちょっと見づらいので文字に起こすと、

ARTICLE YAMAZAKI
MADE IN FRANCE

ZENMEN
BUTSURIKYOUKA
GARASU

「全面物理強化ガラス」ってローマ字で書いてありますね。フランス製なのに何でローマ字？フランス語で書かれても読めないから？

見ていて素朴な疑問が沸きました。あえて「全面」と強調する理由はなんでしょうね？皿のように厚みのない製品で「片面」物理強化ガラスにすることは可能？可能だったとしてもやる意味がある？

Pythonの文字置換APIは変な名前

目次: Python

Pythonの文字列置換は "string".replace() ですが、正規表現ライブラリreだと、なぜかre.sub() です。同じ機能なのに、APIの名前も、引数の指定順序も違います。どうしてこうなった。

改定の度に魔界化するC/C++ に比べると、Pythonは明瞭に思えます。とはいえPythonも何だかんだ長い歴史ですし、祓いきれない闇があるんでしょうねえ。

メモ: 技術系の話はFacebookから転記しておくことにした。

Kindle for PCはダウンロードが遅い？

目次: Kindle

KindleのアプリはKindle Fire版、Android版、PC版など、いくつか種類があります。普段使っているのはKindle FireとKindle for PCです。どうもKindle for PCのダウンロードが遅い気がします。

Kindle Fireも決して速いとは思いませんが、大抵はマンガ1冊が1〜2分でダウンロードできているので、5Mbpsくらいは出ているんじゃないかと思います。

Kindle for PCはかなり遅い（1〜2Mbpsくらい、日によって違う）です。同じネットワークを使っているのに、差が出るものですかね？PC向けだけ帯域ケチるとか、そんな面倒なことしないよなあ？うーん？

Kindleアプリの動きがまた変わったけど、いつもどこかがダメ

Kindle Fire HDのアプリはたまにアップデートされて動きが変わります。今年の頭くらいだったか？覚えてないですけど、また動作が変わりました。

良くなったところ

フィルター「すべて」を選択したとき、本が多すぎると、数十秒フリーズしたり、アプリがクラッシュするバグが直ったこと

悪くなったところ

本のグループが意図せず表示されてしまうバグが埋め込まれたこと

新たなバグは再現率100％です。再現方法も簡単です。

• ホーム → 「本」のタブ → すべての本を表示、をタップ
• 本の一覧が表示される
• グループ化された本をタップ（マンガの1〜最新巻までをグルーピングする機能）を選択
• ホームボタンでホームへ → 「本」のタブ → すべての本を表示、をタップ
• 先ほど見ていたグループ化された本が表示される（バグ）

この順に操作したとき、本来は本の一覧が出なければなりませんが、グループ化された本が再表示されてしまいます。明らかにバグってます。

このバグは、ユーザー側の操作で回避可能です。

• グループ化された本が意図せず表示される（バグ）
• ホームボタン「ではなく」戻るボタンでホームに戻る
• もう一度、すべての本を表示、をタップ
• 本の一覧が表示される

ユーザーの操作に影響が出るバグですし、テスターに触らせたら数分で見つけそうなのにね？KindleってUIのテストしてないのかなあ？？

RISC-Vのgas

目次: RISC-V

マクロの名前にTypoと思しきものがあったので、riscv-binutils-gdb（サイトへのリンク）にPull Requestをしてみました。

RISC-V向けのgasの実装では、命令に対応した名前のマクロがあります。

//opcodes/riscv-opc.c

//通常は命令の名前からドットを除いて、大文字にした名前
//    vadd.vv -> MATCH_VADDVV

{"vadd.vv",    0, INSN_CLASS_V,  "Vd,Vt,VsVm", MATCH_VADDVV, MASK_VADDVV, match_opcode, 0 },
{"vadd.vx",    0, INSN_CLASS_V,  "Vd,Vt,sVm", MATCH_VADDVX, MASK_VADDVX, match_opcode, 0 },
{"vadd.vi",    0, INSN_CLASS_V,  "Vd,Vt,ViVm", MATCH_VADDVI, MASK_VADDVI, match_opcode, 0 },


//Reduce系の命令だけ名前が違う
//    vredsum.vs -> MATCH_VREDSUMV"S" のはずなのに、MATCH_VREDSUMV"V" になっている

{"vredsum.vs", 0, INSN_CLASS_V, "Vd,Vt,VsVm", MATCH_VREDSUMVV, MASK_VREDSUMVV, match_opcode, 0},

パッチの中身は簡単で、ベクトル命令の一部で、命令の名前とマクロの名前が違っていたので修正しただけです。この手の間違いがいくつあるか分からなかったので、ちょっとしたPythonスクリプトを書いてチェックしました。

#!/usr/bin/python

import re
import sys

fname = sys.argv[1]
f = open(fname, 'r')

line = f.readline()
while line:
	if not line.startswith('{"'):
		line = f.readline()
		continue;
	line = line.strip().replace('}', '')
	line = re.sub('\{"([^,]*)",', r'\1,', line)
	line = re.sub('".*",', '', line)
	line = re.sub(' *', '', line)
	items = line.split(',')

	insnOrg = items[0]
	insn = items[0].upper()
	classInsn = items[2]
	matchInsn = items[3]
	maskInsn = items[4]
	aliasInsn = items[6]
	if not classInsn.startswith('INSN_CLASS_V'):
		line = f.readline()
		continue;
	if not matchInsn.startswith('MATCH_') or not maskInsn.startswith('MASK_'):
		line = f.readline()
		continue;
	if aliasInsn.startswith('INSN_ALIAS'):
		line = f.readline()
		continue;

	insn = insn.replace('.', '')
	matchInsn = matchInsn.replace('MATCH_', '')
	maskInsn = maskInsn.replace('MASK_', '')
	if matchInsn != maskInsn:
		print("MATCH != MASK: {:s} != {:s}".format(matchInsn, maskInsn))
	if insn != matchInsn:
		print("INSN != MATCH: {:s} != {:s}".format(insnOrg, matchInsn))
	line = f.readline()

条件を適当に継ぎ足して書いたのと、Pythonの経験値が低いのが相まって、エレガントさの欠片もないですね。仕方ない。実行結果はこんな感じです。

$ ../checker.py opcodes/riscv-opc.c

INSN != MATCH: vzext.vf2 != VZEXT_VF2
INSN != MATCH: vsext.vf2 != VSEXT_VF2
INSN != MATCH: vzext.vf4 != VZEXT_VF4
INSN != MATCH: vsext.vf4 != VSEXT_VF4
INSN != MATCH: vzext.vf8 != VZEXT_VF8
INSN != MATCH: vsext.vf8 != VSEXT_VF8
INSN != MATCH: vredsum.vs != VREDSUMVV
INSN != MATCH: vredmaxu.vs != VREDMAXUVV
INSN != MATCH: vredmax.vs != VREDMAXVV
INSN != MATCH: vredminu.vs != VREDMINUVV
INSN != MATCH: vredmin.vs != VREDMINVV
INSN != MATCH: vredand.vs != VREDANDVV
INSN != MATCH: vredor.vs != VREDORVV
INSN != MATCH: vredxor.vs != VREDXORVV
INSN != MATCH: vwredsumu.vs != VWREDSUMUVV
INSN != MATCH: vwredsum.vs != VWREDSUMVV
INSN != MATCH: vfredosum.vs != VFREDOSUMV
INSN != MATCH: vfredsum.vs != VFREDSUMV
INSN != MATCH: vfredmax.vs != VFREDMAXV
INSN != MATCH: vfredmin.vs != VFREDMINV
INSN != MATCH: vfwredosum.vs != VFWREDOSUMV
INSN != MATCH: vfwredsum.vs != VFWREDSUMV
INSN != MATCH: vcompress.vm != VCOMPRESSV

明らかにTypoに見えるのはvred/vfred/vcompress系の命令で、vsとvvを取り違えています。

微妙なところなのはvzextです。他はドットを除いた名前なのに、vzextだけドットをアンダースコアに置換した名前です。ルールに一貫性が無いだけか、Typoか、どちらとも言い難いため、今回出したPull Requestでは修正していません。

Pull Request受け付けてるのかな？

リポジトリを見ていてちょっと気になったのはSiFiveの人以外、変更がほとんどないことです。著名プロジェクトでは珍しいです。もしかするとGitHubでPull Requestを受け付けてない（※1）可能性があります。

変更を提案するのはここじゃないとか、そもそも変更は受け付けてませんとか、何でも良いので反応があると嬉しいですね、週明けまで待ちましょうかね……。

（※1）本家および開発の場がGitHub以外に存在していて、GitHubをミラーにしているプロジェクトの場合、GitHub上で何か言っても無視されることがあるようです。

プレーヤー人口が増えるのは良いことだ

Splatoon 2のガチマッチ（Cランク）の難易度が下がった気がします。

1〜2か月前は、20kill対0killで負けたり、1分でノックアウトされたり、超フルボッコで負けまくるのが当たり前で、すっかりやる気がなくなっていましたが、今日久しぶりにやったら一度も負けず、あっさりC+ ランクになりました。

アクションゲームの腕は1か月やそこらで急に上達しないので、私が上達したというよりも、絶対勝てないおかしいレベルのプレーヤーとマッチする割合が減った、そんな感じです。

Stay Homeとかゴールデンウイークとかで、Splatoon 2のプレーヤー人口が盛り返して、初心者クラス（C-〜C+ ランクあたり）に合う人が増えたんじゃないかと推測しています。

最初からこのくらいの難易度だったら、ガチマッチ嫌いにならずに済んだんですけど、すっかりガチマッチ嫌いになってしまった（レギュラーマッチは好き）ので、もう遅いんだよな〜……。

C言語のマクロ

目次: C言語とlibc

C言語のマクロによる置換を、循環参照させたらどうなるでしょう？

A B C D
#define A B
A B C D
#define B C
A B C D
#define C A
A B C D

結論から言うと問題ありません。下記のような結果になります。

A B C D

B B C D

C C C D

A B C D

4つ目の結果は、置換前のA B C Dと何も変わっていないように見えますが、実はそうではありません。下記のように定義するとわかります。

A B C D
#define A 1 B
A B C D 
#define B 2 C
A B C D 
#define C 3 A
A B C D

A B C D

1 B B C D

1 2 C 2 C C D

1 2 3 A 2 3 1 B 3 1 2 C D

4つ目の結果の「A」を例にとると、A -> B -> C -> Aと3回のマクロの置換が行われた結果、Aに戻っているわけです。#define A Bのマクロは1度しか適用されないようです。

C言語の仕様

C言語の仕様（C11 final draft (N1570) - 6.10.3.4 Rescanning and further replacementの第2項）を見ると、

2
If the name of the macro being replaced is found during this scan of the replacement list (not including the rest of the source file's preprocessing tokens), it is not replaced. Furthermore, if any nested replacements encounter the name of the macro being replaced, it is not replaced. These nonreplaced macro name preprocessing tokens are no longer available for further replacement even if they are later (re)examined in contexts in which that macro name preprocessing token would otherwise have been replaced.

（直訳）
2
置換されるマクロの名前がreplacement listのスキャン中に見つかった場合（ソースファイルの残りの前処理トークンは含まれません）、そのマクロは置換されません。 さらに、入れ子になった置換が、置換されているマクロの名前に遭遇した場合、それは置換されません。 後にそのマクロ名の前処理トークンが置換されていたであろうコンテキストで（再）検査されても、これらの置換されていないマクロ名の前処理トークンはそれ以上の置換はできなくなります。

正直言って何言ってんだお前……？って感じがしますけども、平たく言うと同じマクロを2回適用しない、ように読めます。

複雑版

下記のように同じマクロで何度も置換できそうなマクロを定義してみます。

#define A B C
#define B C A
#define C A B
A B C D

A B A A C A B C B B A B C A C C B C D

1つ1つのトークンがどのマクロで展開されているか図示します。

循環するマクロ定義、展開の様子

複雑に見えますが、どのトークンを見ても同じマクロを2回適用されたものはないことがわかります。

関数型マクロの謎

しかし関数型マクロの場合は、不思議な挙動を示します。

#define F(a) a G
#define G(a) a F(a)

F(7)(8)(9)

7 8 8 G(9)

展開の様子は下記のようになると思われますが、

循環する関数マクロ定義、展開の様子

どうして7 8 8 G(9) で展開が終わるのかが良くわかりません……。マクロF(a) を2回適用しない、というルールならば、7 8 F(8)(9) で止まらなければおかしいように思いますが、結果を見るとなぜかF(8) も展開されています。