[C++知识库]你真的会用宏定义吗?【C语言】

一句话解释宏定义

所谓宏定义，就是用标识符来表示一些东西，所表示的对象可以是一个数字，也可以是一个字符串，甚至是一段程序。对于#define MAX 100，MAX 就是那个标识符，也称宏名，100 就是替换标识符的内容，也称作宏的定义。
在对C源程序预处理时，代码中的所有被宏定义过的标识符都会被替换成它的定义，这个过程叫做"宏替换"或"宏展开"

宏定义详解

• 简单的宏(对象式宏)：#define 标识符 替换列表

    #define MAX 5               
    #define reg register        //为关键字register创造一个别名reg 
    #define do_forever for(;;)  //一个无限循环函数

替换列表可以包括数值常量、字符常量、字符串常量、关键字、标识符和操作符等，当预处理器遇到一个宏定义时，则会将对应替换列表中的内容替换。

• 带参数的宏(函数式宏)：#define 标识符(参数列表) 替换列表
  函数式宏，在展开过程中不仅要进行字符串替换，还要用实参去替换形参
  函数式宏的参数没有限制，可以是类型名、变量名等，因此可以做到函数所不可能的操作，如下面第三个宏定义和#运算符的例子

    #define MAX(x,y) x>y ? x:y               
    #define IS_EVEN(x) ((x)%2 == 0)    
    #define OFFSETOF(StructName, MemberName) (size_t)&(((StructName *)0)->MemberName)   
    //宏定义实现offsetof( )函数，求结构体中某成员的偏移量
    //宏定义的参数为类型名

• 用于宏定义的一些特殊运算符
  • #运算符
    #运算符将宏的一个参数转换成字符串，仅出现在带参数的宏定义的替换列表中，可以看作给这个参数加上了双引号

    #include<stdio.h>
    #define tostring(c) #c
    #define PRINT(n) printf("The value of "#n" is %d\n", n);
    int main()
    {
        int a = 0, b = 1;
        printf(tostring(a)"\n");
        PRINT(a);       //实际操作的是参数名本身，而不是参数的值
        PRINT(b);
        return 0;
    }
    //out:
    //a
    //The value of a is 0
    //The value of b is 1
    

  • #@运算符
    运算符将宏的一个参数转换成字符，仅出现在带参数的宏定义的替换列表中，可以看作给这个参数加上了单引号

    #include<stdio.h>
    #define tochar(n) #@n
    int main()
    {
        int x = 10;
        printf("%c = %d", tochar(x), x);
    }
    //out:
    //x = 10
    

  • ##运算符
    ##运算符可将两个片段合成一个片段，并进行替换

    #include<stdio.h>
    #define CAT(m, n) m##n 
    int main()
    {
        int num1 = 10;
        printf("%d", CAT(num, 1));
        return 0;
    }
    //out:
    //10
    

宏定义的常见错误使用

• #include<stdio.h>
  #define ADD1(m, n) m+n
  int main()
  {
      int m = 2, n = 10;
      printf("%d\n", 3 * ADD1(m, n));
      return 0;
  }
  //预计输出：60
  //实际输出：16
  //改正  #define ADD1(m, n) (m+n)
  

• #define ADD2(m, n) m++; n++;
  int main()
  {
      int m = 1, n = 1;
      if (1) {m--; n--;}
      else ADD2(m, n);
      printf("%d %d\n", m, n);
      return 0;
  }
  //预计输出：0 0
  //实际输出：0 1
  //改正  #define ADD2(m, n) {m++; n++;}
  

• #define MAX(a, b) ( (a) > (b) ? (a) : (b) )
  int main()
  {
      int x = 5, y = 8;
      int z = MAX(x++,y++);
      printf("%d %d %d\n", x, y, z);
      return 0;
  }
  //预计输出：6 9 8
  //实际输出：6 10 9
  //改正  避免宏定义中使用带副作用的参数
  

这些错误都是因为宏定义只进行了简单的文本替换，程序并没有按照假想的逻辑而执行，不过大部分的错误都能通过规范的编程习惯来避免。
实际开发中，我们很少会使用宏定义去处理复杂的事情。

预定义宏

一些C预先定义完成特定功能的宏

对宏定义的一些说明

• 宏的本质是进行简单的文本替换，预处理程序对它不作任何检查，如有错误，只能在编译已被宏展开后的源程序时发现，稍不注意可能出现意想不到的错误
• 宏的替换列表可以包含对其他宏的调用，即宏定义允许嵌套
• 预处理器只会替换完整的符号，并不会替换宏的片段，也不会替换双引号之内的宏，如：#define MAX 10不会对BUFFER_MAX中的MAX进行替换
• 宏定义的作用范围通常到出现该宏的文件末尾
• 宏定义可使用#undef指令取消 #define 标识符
• 函数式宏与函数

参考书目：《C语言程序设计现代方法 第二版》