C进阶养成记 - 养成记21：宏定义与使用分析

--事物的难度远远低于对事物的恐惧！

这个章节我们来谈一谈C语言中的宏定义与使用分析，相信每个学过C的都知道，在C中，宏具有如下三个特性：

-#define是预处理器处理的单元实体之一

-#define定义的宏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

而在C语言中，我们常常用#define来定义宏常量，#define定义的宏常量可直接，其本质为字面量，所以宏常量是不占用内存空间的(const定义的只读变量是占用内存空间的)。下边来看看几个宏常量的定义，正确吗？

#define ERROR -1
#define PATH1 "D:\test\test.c"
#define PATH2 D:\test\test.c
#define PATH3 D:\test\
test.c

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

首先我们用预处理器来预处理一下，预处理通过(因为预处理是不进行语法检查的)，并且得到的预处理文件内容如下，从预处理文件得知，main函数里的宏都被具定义的内容所替换。

#line 1 "21-1.c"


int main()
{
    int err = -1;
    char* p1 = "D:\test\test.c";
    char* p2 = D:\test\test.c;
    char* p3 = D:\testtest.c;
}

所以说，上边的四个宏定义是正确的，能通过预处理器，但是PATH2余PATH3不能通过编译，因为语法不符(大家可自行实验)

说完了宏常量，我们来说说宏表达式

-#define表达式的使用类似于函数调用

-#define表达式可以比函数更强大

-#define表达式比函数更容易出错

下边来看看几个宏表达式，执行结果是否正确：

 #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);

    return 0;
}

好了，我们来编译运行一下

从运行结果，我们知道s2、m的输出结果与我们所预期的不一样，为什么会是这样？别急，我们先来看看预处理后的文件，如下：

#line 1 "21-2.c"

int main()
{
    int a = 1;
    int b = 2;
    int c[4] = {0};

    int s1 = (a) + (b);
    int s2 = (a) + (b) * (a) + (b);    //原来这样。。
    int m = ((a++) < (b) ? (a++) : (b));    //原来这样。。
    int d = sizeof(c)/sizeof(*c);

    return 0;
}

经过预处理宏展开后，我们看到s2与m变量的值，现在相信你已经能理解了，这也是宏表达式比函数更容易出错。

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

-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"调用"开销

-宏表达式不能出现递归定义

思考：宏表达式是否存在作用域限制问题？下边的代码是否能正常编译？

#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;
}

我们来编译运行一下：

很明显，能编译运行，我们在单独用预处理器处理下(这里把头文件与打印语句注释掉，因为预处理后会展开很多东西)，看看中间文件，

#line 1 "21-3.c"


void def()
{
    
    
}

double area(double r)
{
    return r * r * 3.1415926;
}

int main()
{
    double r = area(5);

    return 0;
}

从中间文件，可以看出，编译器根本不知道#define宏常量的存在，所以#define宏也就没有什么作用域限制。这也符合文章开头我们所说的：#define定义之后的代码都可以使用这个宏

来看看C语言中几个强大的内置宏

下半边以一个综合示例来展示下#define宏的魅力：

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

#define MALLOC(type, x) (type*)malloc(sizeof(type)*x)

#define FREE(p) (free(p), p=NULL)

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

#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");

    return 0;
}

运行结果：

总结：

1、预处理器直接对宏进行文本替换

2、宏使用时的参数不会进行求值和运算

3、预处理器不会对宏定义进行语法检查

4、宏定义时出现的语法错误只能被编译器检测

5、宏定义的效率高于函数调用

6、宏的使用会带来一定的副作用

C进阶养成记 - 养成记21：宏定义与使用分析

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