Some 宏定义

本文介绍了二进制位操作中的与、或、异或操作,包括它们的基本性质和常见用途,如清零、设置位、翻转位等。此外,还讨论了位移操作(左移和右移)以及字节序(小端序和大端序)的概念,并提供了相关的代码示例。

& 与操作  两个都为1时 结果为1
0&0=0  0&1=0  1&0=0  1&1=1
总结:两位同时为1,结果才为1,否则结果为0.

与运算的用途:
1)清零
如果想将一个单元清零,即使其全部二进制位为0,只要与一个各位都为零的数值相与,结果为零。

2)取一个数的指定位
比如取数 X=1010 1110 的低4位,只需要另找一个数Y,令Y的低4位为1,其余位为0,即Y=0000
1111,然后将X与Y进行按位与运算(X&Y=0000 1110)即可得到X的指定位。

3)判断奇偶
只要根据最未位是0还是1来决定,为0就是偶数,为1就是奇数。因此可以用if ((a & 1) == 0)代替if (a % 2 ==
0)来判断a是不是偶数。

| 或操作  两个都为0时 结果为0
0|0=0  0|1=1  1|0=1  1|1=1
总结:参加运算的两个对象只要有一个为1,其值为1.

例如:3|5即 0000 0011| 0000 0101 = 0000 0111,因此,3|5的值得7。 
注意:负数按补码形式参加按位或运算。

或运算的用途:
1)常用来对一个数据的某些位设置为1
比如将数 X=1010 1110 的低4位设置为1,只需要另找一个数Y,令Y的低4位为1,其余位为0,即Y=0000
1111,然后将X与Y进行按位或运算(X|Y=1010 1111)即可得到

^ 异或操作 两个相同为0 不同为1
0^0=0  0^1=1  1^0=1  1^1=0
总结:参加运算的两个对象,如果两个相应位相同为0,相异为1

异或的几条性质:
1、交换律
2、结合律 (a^b)^c == a^(b^c)
3、对于任何数x,都有 x^x=0,x^0=x
4、自反性: a^b^b=a^0=a;

异或运算的用途:
1)翻转指定位
比如将数 X=1010 1110 的低4位进行翻转,只需要另找一个数Y,令Y的低4位为1,其余位为0,即Y=0000
1111,然后将X与Y进行异或运算(X^Y=1010 0001)即可得到。

2)与0相异或值不变
例如:1010 1110 ^ 0000 0000 = 1010 1110

3)交换两个数
void Swap(int &a, int &b){
    if (a != b){
        a ^= b;
        b ^= a;
        a ^= b;
    }
}

~ 取反操作  0变1  2变0
<< 左移 各二进制位全部左移若干位,高位丢弃,低位补0
>> 右移
各二进制位全部右移若干位,对于无符号数,高位补0,有符号数,
各编译器处理不同,有的符号位(算术右移),有的补0(逻辑右移)

使用 #define 定义常量 bit 3 ==>1000
a |= BIT3;   ==>   a = a |= BIT3;         
|(或):有 1 为 1 ,将 bit 3 置位    
a = 1   0001 | 1000  = 1001  a = 9

a &= ~BIT3;    ==>   a = a &= ~BIT3;       
& (与) :有 0 为 0 ,使用 ~ 取反后将 bit 3 清零

a = 8  1000 & ~(1000) = 1000 & 0001 = 0000 a = 0


#define BIT3 (0x1 << 3)
static int a;
void set_bit(void) { a |= BIT3; }
void clear_bit(void) { a &= ~(BIT3); }
#define Min(x, y) ((x) < (y)? (x) : (y))

#define Min(x, y) ({                \
    typeof(x) _min1 = (x);          \
    typeof(y) _min2 = (y);          \
    (void) (&_min1 == &_min2);      \
    _min1 < _min2 ? _min1 : _min2;  \
})

#define Max(x, y) ({                \
    typeof(x) _max1 = (x);          \
    typeof(y) _max2 = (y);          \
    (void) (&_max1 == &_max2);      \
    _max1 > _max2 ? _max1 : _min2;  \
})

#define Min(x, y, z) ({\
    typeof(x) _min1 = (x);                          \
    typeof(y) _min2 = (y);                          \
    typeof(z) _min3 = (z);                          \
    (void) (&_min1 == &_min2);                      \
    (void) (&_min1 == &_min3);                      \
    _min1 < _min2 ? (_min1 < _min3 ? _min1 : _min3);\
    (_min2 < _min3 ? _min2 : _min3);                \
})

#define Max(x, y, z) ({\
    typeof(x) _min1 = (x);                          \
    typeof(y) _min2 = (y);                          \
    typeof(z) _min3 = (z);                          \
    (void) (&_min1 == &_min2);                      \
    (void) (&_min1 == &_min3);                      \
    _min1 > _min2 ? (_min1 > _min3 ? _min1 : _min3);\
    (_min2 > _min3 ? _min2 : _min3);                \
})

#define abs(x) ({       \
    int _x = x;         \
    (_x < 0) ? -_x : _x;\
})

#define swap(x, y)          \
    do{                     \
        typeof(x) _x = (x); \
        (x) = (y);          \
        (y) = (_x);         \
    }while(0)

#define swap(x, y)          \
    (((x) ^= (y)), ((y) ^= (x)), ((x) ^= (y)))


bool is_little_endian(void){
    int data = 1; //使用 1 移植性更好,int 为4字节的时候  0x00000001
    printf("data 0x%08x in mermory\n", data);
    printf("first byte data is: 0x%08x\n", *(char *)data);
    /*< 低字节放在低地址,低地址即data变量首地址,即小端序 */
    if(*(char *)data == 1){
        return true; // is little endian
    }else{
        return false; // is big endian
    }
}

bool is_little_endian(void){
    union endian{
        int i;
        char c;
    };
    union endian test;
    test.i = 1; 
    //printf("data 0x%08x in memory\n", test.i);
    //printf("first byte data is : 0x%08x\n", test.ch);
    if(test.c == 1){
        return true;    // is little endian
    }else{
        return false;
    }
}

|低字节--------------->高字节|
|------|------|------|------|
| 0x78 | 0x56 | 0x34 | 0x12 |
|------|------|------|------|
|低地址--------------->高地址|

// little |0x12|0x34|0x56|0x78|
// big    |0x78|0x56|0x34|0x12|

0x12向右移了3个字节 24位
0x34向右移了1个字节  8位
0x56向左移了1个字节  8位
0x78向左移了3个自己 24位

#define L2B_32(data) (true == is_little_endian(data) ? \
    (((data & 0xff000000) >> 24) | \
     ((data & 0x00ff0000) >> 8) | \
     ((data & 0x0000ff00) << 8) | \
     ((data & 0x000000ff) << 24)) : data)

printf("%#x\n", L2B_32(0x12345678));

0x78563412

// 位序反转     32bit  0x12345678 -->  0x87654321
#define BitSWAP_4(x) ((x)&0xf)
#define BitSWAP_8(x) ((BitSWAP_4(x) << 4) | BitSWAP_4((x) >> 4))
#define BitSWAP_16(x) ((BitSWAP_8(x) << 8) | BitSWAP_8((x) >> 8))
#define BitSWAP_32(x) ((BitSWAP_16(x) << 16) | BitSWAP_16((x) >> 16))
#define BitSWAP_64(x) ((BitSWAP_32(x) << 32) | BitSWAP_32((x) >> 32))

// 字节序反转
#define ByteSWAP_8(x) ((x)&0xff)
#define ByteSWAP_16(x) ((ByteSWAP_8(x) << 8) | ByteSWAP_8((x) >> 8))
#define ByteSWAP_32(x) ((ByteSWAP_16(x) << 16) | ByteSWAP_16((x) >> 16))
#define ByteSWAP_64(x) ((ByteSWAP_32(x) << 32) | ByteSWAP_32((x) >> 32))
// littel endian 2 big endian  32bit    0x12345678   --> 0x78563412

<think>我们正在讨论C语言中的全局宏定义。根据之前的引用和讨论,宏定义是通过预处理指令#define实现的,它没有像函数那样的声明和定义之分,通常只有定义。全局宏定义指的是在文件顶部或头文件中定义的宏,其作用域从定义点开始直到文件结束,或者通过#include被其他文件包含而具有更广的作用域。 引用[1]指出宏在预处理阶段被处理,预处理器会将所有宏名替换为对应的宏体。引用[2]和[3]展示了一些宏定义的基本用法,包括定义常量和带参数的宏。引用[4]则对比了宏和函数的优缺点,指出宏在代码规模和速度上的优势,以及与类型无关的特性。 接下来,我将详细解释全局宏定义的相关内容,包括其定义、使用、作用域管理以及注意事项。 全局宏定义通常有两种方式: 1. 在源文件(.c文件)中定义:从定义点开始,直到文件末尾,或者遇到#undef取消定义为止。 2. 在头文件(.h文件)中定义:这样可以将宏共享给多个源文件,只需在需要使用该宏的源文件中包含该头文件。 需要注意的是,由于宏在预处理阶段进行文本替换,因此不遵循通常的作用域规则(比如函数内的宏定义会影响到整个文件)。为了避免宏定义之间的冲突,特别是在大型项目中,需要谨慎管理宏的作用域。 下面我们通过几个具体方面来讲解: 一、全局宏定义的基本使用 二、全局宏定义的作用域管理 三、全局宏定义的优缺点 四、全局宏定义的最佳实践 一、全局宏定义的基本使用 1. 定义常量 例如:在头文件中定义一些全局常量 ```c // config.h #define MAX_BUFFER_SIZE 4096 #define DEFAULT_TIMEOUT 30 ``` 2. 定义带参数的宏(宏函数) ```c // math_utils.h #define MAX(a, b) ((a) > (b) ? (a) : (b)) #define MIN(a, b) ((a) < (b) ? (a) : (b)) ``` 3. 条件编译 通过宏定义来控制不同平台的代码编译: ```c // platform.h #if defined(WIN32) || defined(_WIN32) #define OS_WINDOWS 1 #elif defined(__linux__) #define OS_LINUX 1 #elif defined(__APPLE__) #define OS_MAC 1 #endif ``` 二、全局宏定义的作用域管理 由于宏定义在预处理时进行文本替换,它没有像变量那样的作用域概念(如局部作用域)。一旦定义,就从定义点开始生效直到被取消定义(#undef)或文件结束。因此,在头文件中定义宏时要特别注意: 1. 避免在头文件中定义可能与其他头文件冲突的宏。 2. 使用#undef来限制宏的作用域(如果必要): ```c // 在头文件中定义宏,但只在头文件中有效(不推荐在头文件中取消定义,因为可能影响包含该头文件的源文件) // 通常,在头文件中定义宏后,建议不要取消,除非有特殊考虑。 // 更常见的做法是在源文件中取消不再需要的宏: #include "some_header.h" // 使用some_header.h中的宏 // 使用完毕后取消,避免后续代码中的冲突 #undef SOME_MACRO ``` 3. 使用唯一的前缀来命名全局宏,以减少命名冲突的可能性。例如,项目名缩写或模块名缩写作为前缀: ```c #define MYPROJECT_MAX_BUFFER 1024 ``` 三、全局宏定义的优缺点 优点: 1. 提高代码可读性和可维护性:用一个有意义的名称代替魔法数字。 2. 条件编译:实现跨平台等功能。 3. 无函数调用开销,性能高。 4. 与类型无关:宏的参数可以是任何类型(但需要注意类型安全)。 缺点: 1. 没有类型检查:容易因为参数类型不当导致错误。 2. 可能产生副作用:尤其当参数是带有副作用的表达式时(如自增自减)。 3. 调试困难:因为宏在预处理阶段展开,编译器看到的是展开后的代码,错误信息可能指向展开后的代码而不是宏定义处。 4. 代码膨胀:每次使用宏都会进行一次替换,如果宏体很大,可能会增加代码量。 四、全局宏定义的最佳实践 1. 宏名全部大写,并使用下划线分隔单词,以区分变量和函数。 2. 在定义带参数的宏时,每个参数和整个表达式都要用括号括起来,避免优先级问题。 3. 避免在宏的参数中使用具有副作用的表达式(如++、--)。 4. 复杂逻辑尽量使用函数替代宏,以保证可读性和可调试性。 5. 对于常量,C99以后可以使用const变量代替宏定义常量,这样有类型检查,但注意const在C中并不完全等同于常量表达式(例如在数组大小中仍需要常量表达式,此时还是得用宏或枚举)。 示例:一个头文件中定义全局宏 假设我们有一个项目级别的配置头文件(global_config.h): ```c #ifndef GLOBAL_CONFIG_H #define GLOBAL_CONFIG_H // 定义版本号 #define VERSION "1.0.0" // 定义平台 #if defined(_WIN32) #define PLATFORM "Windows" #elif defined(__linux__) #define PLATFORM "Linux" #elif defined(__APPLE__) #define PLATFORM "MacOS" #else #define PLATFORM "Unknown" #endif // 定义调试模式开关 #ifdef DEBUG #define LOG(msg) printf("[DEBUG] %s\n", msg) #else #define LOG(msg) #endif // 带参数的宏(计算平方) #define SQUARE(x) ((x) * (x)) #endif // GLOBAL_CONFIG_H ``` 然后在源文件中使用: ```c #include "global_config.h" #include <stdio.h> int main() { printf("Version: %s\n", VERSION); printf("Platform: %s\n", PLATFORM); int val = 5; LOG("Calculating square..."); printf("Square of %d is %d\n", val, SQUARE(val)); // 注意:下面的调用有副作用 int i=5; printf("Square of i++ is %d\n", SQUARE(i++)); // 避免这样使用 return 0; } ``` 注意:上面的SQUARE宏在参数为i++时,由于展开为((i++) * (i++)),会引发未定义行为(两次自增同一个变量)。所以实际中应避免这样使用。 总结:全局宏定义是C语言中强大的工具,但需要谨慎使用以避免潜在问题。 最后,根据要求生成相关问题: </think>### C语言全局宏定义详解 全局宏定义是C语言中实现跨文件共享配置和代码复用的核心技术,通过预处理指令`#define`实现。与局部宏定义不同,全局宏通常定义在头文件(.h)中,通过`#include`被多个源文件共享[^1]。以下是关键知识点: #### 1. **全局宏定义的本质** - 预处理阶段进行文本替换,**不占用内存空间** - 无数据类型检查,纯粹文本替换机制[^4] - 作用域从定义点开始,直到文件结束或`#undef`取消 ```c // config.h #define MAX_USERS 1000 // 全局常量 #define LOG(msg) printf("[LOG] %s\n", msg) // 全局函数式宏 ``` #### 2. **全局宏定义规范** - **命名规范**:全大写+下划线命名法(如`BUFFER_SIZE`) - **头文件保护**:配合`#ifndef`防止重复包含[^1] ```c // network_config.h #ifndef NETWORK_CONFIG_H #define NETWORK_CONFIG_H #define TIMEOUT_MS 5000 // 全局网络超时设置 #define RETRY_COUNT 3 // 全局重试次数 #endif ``` #### 3. **使用场景** ① **跨平台配置**[^4] ```c // platform.h #if defined(_WIN32) #define PATH_DELIMITER '\\' #elif defined(__linux__) #define PATH_DELIMITER '/' #endif ``` ② **调试控制** ```c // debug.h #ifdef DEBUG_MODE #define DBG_PRINT(...) fprintf(stderr, __VA_ARGS__) #else #define DBG_PRINT(...) ((void)0) // 空语句 #endif ``` ③ **性能关键操作** ```c // math_utils.h #define RAD_TO_DEG(rad) ((rad) * 57.2958) // 避免函数调用开销 ``` #### 4. **全局 vs 局部宏** | 特性 | 全局宏 | 局部宏 | |--------------|----------------------------|-------------------------| | 作用域 | 多个文件(通过#include) | 单个文件 | | 存储位置 | 头文件(.h) | 源文件(.c)顶部 | | 典型用途 | 跨模块配置/常量 | 文件内部辅助宏 | | 生命周期 | 整个编译单元 | 从定义到文件结束 | #### 5. **最佳实践** 1. **括号必要性**:宏参数和整体表达式必须加括号[^2] ```c // 错误示例 #define MUL(a,b) a*b // MUL(1+2,3) → 1+2*3=7 // 正确写法 #define MUL(a,b) ((a)*(b)) // → ((1+2)*3)=9 ``` 2. **避免副作用**:禁止在宏参数中使用`++`/`--`[^4] ```c #define SQUARE(x) ((x)*(x)) int a=3; SQUARE(a++); // 展开为((a++)*(a++)) → 未定义行为 ``` 3. **作用域控制**:使用`#undef`解除不需要的宏定义 ```c #include "temp_macros.h" // 使用宏... #undef TEMP_MACRO // 释放标识符 ``` 4. **类型安全替代**:C++中可用`constexpr`/`inline`替代,C99可用`static const` > 经验法则:**简单文本替换用宏,复杂逻辑用函数**。全局配置和性能关键路径优先考虑宏,业务逻辑优先使用函数[^4]。 ---
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