宏定义

1 宏定义

1.1 宏定义的基本概念

宏定义的基本概念：

• #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。
• 预处理器直接对宏进行文本替换。
• 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，但是宏的使用也会带来一定的副作用。

注意： 宏是没有作用域的概念的，作用域是针对函数和变量来说，因为函数和变量是由编译器处理，而宏则是由预处理器进行处理的。

1.2 定义宏常量

我们可以定义宏常量：

• #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。

#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;	// OK
    char* p2 = PATH2;	// 预处理正常，编译error
    char* p3 = PATH3;	// 预处理正常，编译error
}

1.3 宏定义表达式

我们可以通过宏定义表达式：

• #define表达式的使用类似函数调用
• #define表达式可以比函数更强大
• #define表达式比函数更容易出错

// #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);	// 计算结果将出错
    int m = _MIN_(a++, b);				// 计算结果将出错
    int d = _DIM_(c);					// 函数比宏强大的地方

    // printf("s1 = %d\n", s1);
    // printf("s2 = %d\n", s2);
    // printf("m = %d\n", m);
    // printf("d = %d\n", d);

    return 0;
}

1.4 宏表达式与函数的对比

宏表达式和函数的对比：

• 宏表达式被预处理处理，编译器不知道宏表达式的存在。
• 宏表达式用“实参”完全代替形参，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)
int sum = SUM(10);

// 预处理后的结果
int sum = (10 > 0 ? SUM(10 -1) + 10 : 0);

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2 内置宏

2.1 强大的内置宏

宏的使用综合示例：

#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;
}

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3 不能使用宏定义的情况

3.1 不能使用宏定义注释符号

#define BSC //
#define BMC /*
#define EMC */

BSC my signle-line comment
BMC my multi-line comment EMC

上面的代码编译将出现错误，因为当相应的宏被替换成注释符号后，这个时候预处理期对宏的替换已经处理完毕，这里自然也就出错了（编译错误）。

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4 函数与宏分析

4.1 函数与宏的对比分析

宏	函数
宏是由预处理器直接替换展开的，编译器不知道宏的存在	函数是由编译器直接编译的实体，调用行为由编译器决定
多次使用宏会导致最终可执行程序的体积增大	函数是跳转执行的，内存中只有一份函数体存在
宏的效率比函数要高，因为是直接展开，无调用开销	函数调用时会创建活动记录，效率不如宏
宏能够接受任何类型的参数，效率高，易出错	函数的参数必须是固定类型，效率稍低，不易出错

宏的注意点：

• 宏的效率比函数稍高，但是其副作用巨大。
• 宏是文本替换，参数无法进行类型检查。
• 可以用函数完成的功能绝对不用宏。
• 宏的定义中不能出现递归定义。
• 宏可以实现函数不能实现的功能。

宏的副作用：

#include <stdio.h>

#define _ADD_(a, b) a + b
#define _MUL_(a, b) a * b
#define _MIN_(a, b) ((a) < (b) ? (a) : (b))

int main()
{
    int i = 1;
    int j = 10;
    
    printf("%d\n", _MUL_(_ADD_(1, 2), _ADD_(3, 4)));
    printf("%d\n", _MIN_(i++, j));
    
    return 0;
}

4.2 宏的妙用

宏主要有如下妙用：

• 用于生成一些常规性的代码。
• 封装函数，加上类型信息。

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

#define MALLOC(type, x)   (type*)malloc(sizeof(type)*x)
#define FREE(p)           (free(p), p=NULL)

#define LOG_INT(i)        printf("%s = %d\n", #i, i)
#define LOG_CHAR(c)       printf("%s = %c\n", #c, c)
#define LOG_FLOAT(f)      printf("%s = %f\n", #f, f)
#define LOG_POINTER(p)    printf("%s = %p\n", #p, p)
#define LOG_STRING(s)     printf("%s = %s\n", #s, s)

#define FOREACH(i, n)     while(1) { int i = 0, l = n; for(i=0; i < l; i++)
#define BEGIN             {
#define END               } break; } 

int main()
{
    int* pi = MALLOC(int, 5);
    char* str = "D.T.Software";
    
    LOG_STRING(str);
    
    LOG_POINTER(pi);
    
    FOREACH(k, 5)
    BEGIN
        pi[k] = k + 1;
    END
    
    FOREACH(n, 5)
    BEGIN
        int value = pi[n];
        LOG_INT(value);
    END
    
    FREE(pi);
    
    LOG_POINTER(pi);
    
    return 0;
}

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参考资料：

1. C语言进阶剖析教程
2. C语言深度解剖