C语言进阶剖析 21 宏定义与使用分析

C 语言中的宏定义

• #define 是预处理器处理的单元实体之一
• #define 宏定义可以出现在程序的任意位置
• #define 定义之后的代码都可以使用这个宏(无作用域的概念)

定义常量宏

• #define 定义的宏常量可以直接使用
• #define 定义的宏常量本质为字面量【不占用内存】

实例分析： 宏表达式分析

Test.c

#define ERROR -1
#define PATH1 "D:\test\test.c"
#define PATH2 D:\test\test.c
#define PATH3 D:\test\        // \ 成为接续符
test.c

int main()
{
    int err = ERROR;
    char* p1 = PATH1;
    char* p2 = PATH2;
    char* p3 = PATH3;
    return 0;
}

Test.i

• gcc -E Test.c -o Test.i

# 1 "Test.c"
# 1 "<built-in>"
# 1 "<command-line>"
# 1 "Test.c"

test.c

int main()
{
    int err = -1;
    char* p1 = "D:\test\test.c";
    char* p2 = D:\test\test.c;
    char* p3 = D:\test\;
    return 0;
}
分析： 预处理不会报错，只是进行的宏文本替换，编译阶段报错

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宏定义表达式

• #define 表达式的使用类似函数调用
• #define 表达式比函数更强大
• #define 表达式比函数更容易出错，同时增加调试难度

实例分析： 宏表达式分析

#include <stdio.h>

#define _SUM(a, b) (a) + (b)
#define _MIN(a, b) ((a) < (b) ? (a) : (b))
#define _DIM(a) sizeof(a)/sizeof(*a)

int main()
{
    int a = 1;
    int b = 2;
    int c[4] = {0};
    
    int s1 = _SUM(a, b);
    int s2 = _SUM(a, b) * _SUM(a, b);
    int m = _MIN(a++, b);
    int d = _DIM(c);
    
    printf("s1 = %d\n", s1);
    printf("s2 = %d\n", s2);
    printf("m = %d\n", m);
    printf("d = %d\n", d);
    printf("a = %d.\n",a);
    return 0;
}

输出：【部分输出不是我们期望的】
s1 = 3
s2 = 5  【非期望输出】
m = 2   【非期望输出】
d = 4   【宏表达式的强大】
a = 3.

分析：
 int s1 = (a) + (b);
 int s2 =(a) + (b) * (a) + (b);       // 预处理后语义发生改变
 int m = ((a++) < (b) ? (a++) : (b));  // 预处理后语义发生改变
 int d = sizeof(c)/sizeof(*c);

• 在使用宏时，多使用 () 是好的习惯：

#define _SUM(a, b)  ((a) + (b))

_SUM(a, b) * _SUM(a, b) ==> ((a) + (b)) * ((a) + (b))   

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宏表达式与函数的对比

• 宏表达式被预处理器处理，编译器不知道宏表达式的存在【因此没有作用域的概念】
• 宏表达式用 “实参” 完全替代形参，不进行任何运算
• 宏表达式没有任何的“调用”开销
• 宏表达式中不能出现递归定义

#define _SUM_(n) ((n>0) ? (_SUM_(n-1)+n) : 0)
    ■ .c ==> .i
_SUM_(10) = ((10>0) ? (_SUM_(10 -1)+10) : 0);

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宏定义的常量或表达式是否有作用域限制？

实例分析： 宏的作用域分析

#include <stdio.h>

void def()
{
    #define PI 3.1415926
    #define AREA(r) r * r * PI
}

double area(double r)
{
    return AREA(r);
}

int main()
{
    double r = area(5);
    
    printf("PI = %f\n", PI);
    printf("d = 5; a = %f\n", r);
    
    return 0;
}

输出：
PI = 3.141593
d = 5; a = 78.539815

分析：
定义宏之后的代码可以直接使用当前宏。
宏编译器被预处理器处理，编译器不知道宏标识符的存在，因此编译器无法将作用域的概念用于标识符。

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强大的内置宏

宏	含义	示例
FILE	被编译的文件名	file1.c
LINE	当前行号	25
DATE	编译时的日期	Jan 31 2012
TIME	编译时的时间	17:01:01
STDC	编译器是否遵循标准C规范	1

示例分析： 宏使用综合示例

#include <stdio.h>
#include <malloc.h>

#define MALLOC(type, x) (type*)malloc(sizeof(type)*x)    // 宏的强大

#define FREE(p) (free(p), p=NULL)                        // 宏的强大

#define LOG(s) printf("[%s] {%s:%d} %s \n", __DATE__, __FILE__, __LINE__, s)    // 宏的强大

#define FOREACH(i, m) for(i=0; i<m; i++)
#define BEGIN {
#define END   }

int main()
{
    int x = 0;
    int* p = MALLOC(int, 5);
    
    LOG("Begin to run main code ...");
    
    FOREACH(x, 5)
    BEGIN
        p[x] = x;
    END
    
    FOREACH(x, 5)
    BEGIN
        printf("%d \n", p[x]);
    END
    
    FREE(p);
    
    LOG("END");
}

输出：
[Feb  1 2019] {test.c:19} Begin to run main code ... 
0 
1 
2 
3 
4 
[Feb  1 2019] {test.c:33} END 

小结

• 预处理器直接对宏进行文本替换
• 宏使用时的参数不会进行求值和运算
• 预处理器不会对宏定义进行语法检查
• 宏定义时出现的语法错误只能被编译器检测
• 宏定义的效率高于函数调用
• 宏的使用会带来一定的副作用
• 如果使用得当，宏会是很好的助手，多加 () 是个好习惯。

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内容参考狄泰软件学院系列课程，如有侵权，请联系作者删除！感谢~