C语言开发总结（十五）

C语言宏定义

1、为什么要有宏定义？

        代码中某个特定数值需要参与运算，而且该数值作用于多个地方，当需要对该数值进行修改时，希望只改动一个地方就能实现该数值的全部更新；即便某个数值只用到一次，当修改时也会面临搜索阅读大量代码、数值含义不明晰的问题；某些“操作块”封装成函数时，调用函数开销（保存上下文环境、参数调用、堆栈分配等）太大影响效率，不封装则需要多次输入相同的“操作块”内容，并且修改麻烦容易出现不一致的问题，这时就需要把“操作块”定义成宏，该方案本质是“空间换时间”。

        总之，宏的出现时为了：提供代码可读性、增加代码书写效率和提高系统运行效率。

2、宏的产生背景是什么？

        宏的本质就是“无条件替换”，而且宏只对程序的文本起作用，它眼中的世界只有文本（字符），没有逻辑运算。记得学习C时，老师告我们：“每条语句后边都要加分号“；”，但是宏定义不能加“，问原因竟然是：”就是不能，记住就行！“。现在知道原因了：如果加了分号，分号就成为了宏定义的一部分，在进行”宏展开“时直接截断语句，当然会出问题。

        确切的说， 程序源代码（*.c文件）是不能被计算机直接执行的，编译器需要对程序代码进行“一系列处理”，转换成计算机能读懂的二进制文件（*.bin）。这涉及到编译原理的知识了(如果有机会，我会就编译原理进行讲解)，一系列处理包括：预处理(Preprocessing)、编译(Compilation)、汇编(Assembly)、链接(Linking)。“宏展开”过程就发生在“预处理”阶段，编译器负责用实际数据替换掉宏名，所以经过了“预处理”，函数代码中就已经没有所谓宏的概念了。

下面我将做个试验，进行验证：

（1）在Fedora环境下，键入“vi test_macro.c”输入下面的代码并保存

（2）退出vi环境，键入“gcc -E test_macro.c”执行，效果如下

（3）试验结果分析：

        "gcc -E test_macro.c" 命令就是告诉编译器只对代码进行预处理，不再进行后续工作直接输出。可以看到，我们定义的宏PI和R都已经不存在了，而且都被替换成了它们各自的常量值。main函数上面的那些函数声明，是stdio.h文件的展开，预处理阶段不只进行了宏展开，还对包含的头文件进行了展开，这里不再细说。

     下一节，我们将结合试验数据，对宏使用过程中的一些注意事项进行分析。

1、如何区分宏定义中的“宏名称”和“宏字符串”？对于带参数的宏又该注意什么？

        在宏定义中，“宏名称”和“宏字符串”是通过“空格”来区分的。编译器在处理时宏定义时，首先从“#define”后第一个空格开始读取字符串，直到遇见下一个空格为止，两个空格之间的字符串为“宏名称”，确定好“宏名称”之后，本行的所有其他字符串都为“宏字符串”。图示：#define + N个空格(1 < N) + 宏名称(中间没有空格) + N个空格(1 < N) + 宏字符串(直到本行结束)。这里讲到的都是一行之内的宏定义，如果跨越多行则用“\”字符进行“续行”，本质上可以当做一行来对待。

        对于“带参数宏”，宏名称和“( )”之间不能有空格，否则就变成了“无参数宏”（根据上面的原则）。而且当“无参数宏”和“带参数宏”的名字相同时，“无参数宏”会屏蔽掉“带参数宏”，即使以“带参数宏”的方式调用，也行不通。

试验内容及结果：

实验分析：

        可以看到“#define PI  3.1415”和“#define P I 689”分别是两个不同的宏定义“PI”和“P”；"G(4)"被“(X) (2*X) (4)”替换掉；当调用“F(4)”时，系统并没有替换成“2*4”，而是替换成了“123(4)”，说明“#define F  123”完全屏蔽掉了“#define F(X)  (2*X)”，当注释掉“#define  F  123”后"#define F(X)  (2*X)"可以正常工作。因此，在进行宏定义时，要密切关注空格的影响，并且“带参数宏”和“无参数宏”的名称一定不能相同，否则会出现混乱。但是，在宏调用时空格并不影响效果，例如F(3)和F (3)效果相同(F(X)是带参数宏)。

2、宏和函数在使用方式和效果上有何异同？

        在宏定义时，要善于利用括号对变量进行封装，把每个参数都括起来，预防出现与优先级有关的问题；同时整个结果表达式也应该括起来，以防止当宏用于一个更复杂的表达式时可能出现问题。尽量提高宏的可靠性，。例如：“#define ABS(x)  (((x) > 0) ? (x) : (-x))”的可靠性要远远优于“#define ABS(x)  x > 0 ? x : -x”，可以以ABS(a-b)来进行试验。

       在宏调用时，如果有自增（++）或自减（--）操作符，一定要注意很可能会产生副作用。因为宏在替换时，如果变量出现了多次，就相当于自增或自减操作进了多次，这个跟函数调用是完全不同的，函数调用中形参会复制实参的数值，并对形参进行操作并不会影响实参，而宏调用就是直接多次修改实参。例如：a = 5; "ABS(a++) “展开后就变成“(((a++) > 0) ? (a++) : (-a++))”，操作完成后”a = 7“而不是”a = 6“；当写成函数就完全不用担心这个问题。

    如果在宏调用时，进行了了多层嵌套调用，则宏展开后会产生非常庞大的表达式，而且相当复杂；函数调用则不会出现这种情况。

3、宏和类型定义typedef的区别

      由于宏的本质就是替换，所以可以对变量类型进行一层封装，利用该封装做变量定义，这样做的好处是增加可移植性，当修改时只需要改动宏定义即可。例如：

[cpp]  view plain copy print ?

1. #define MY_TYPE uint_8   
2.   
3. MY_TYPE a;  
4. MY_TYPE b,c,d;  

[cpp]  view plain copy print ?

1. #define MY_TYPE uint_8  
2.   
3. MY_TYPE a;  
4. MY_TYPE b,c,d;  

但是最好不要这么用，因为我们有typedef，它是专门进行类型定义的。而且，使用类型定义会使代码更加通用一些，避免一些深层的问题。例如：

[cpp]  view plain copy print ?

1. #define MY_TYPE1 uint_8 *   
2. typedef uint_8 * MY_TYPE2  
3.   
4. MY_TYPE1 a,b;  
5. MY_TYPE2 c,d;  

[cpp]  view plain copy print ?

1. #define MY_TYPE1 uint_8 *  
2. typedef uint_8 * MY_TYPE2  
3.   
4. MY_TYPE1 a,b;  
5. MY_TYPE2 c,d;  

分析：

        从概念上看，MY_TYPE1 和 MY_TYPE2 完全相同，都是指向uint_8的指针，但是当我们声明多个变量时，就出现问题了。它们分别被扩展成了：

[cpp]  view plain copy print ?

1. uint_8 *a,b;  
2. MY_TYPE2 c,d; //因为MY_TYPE2已经是一种类型了  

[cpp]  view plain copy print ?

1. uint_8 *a,b;  
2. MY_TYPE2 c,d; //因为MY_TYPE2已经是一种类型了  

        可以看到，本来想定义两个指针变量a,b；现在却变成了一个指针变量a和一个整型变量b，这不是我们想要的。而MY_TYPE2本身就是一种类型（自定义）了，故c,d都是指针类型，符合预期。所以，如果想自定义类型，果断选择 ”typedef“ 放弃宏定义，否则吃亏的是自己。

int 型 char 型的转换问题

在内存中， char 型是以一个字节八位二进制数保存的，int型是4个字节，32位二进制数保存的，当(int)char 时，赋予int型在32位的最后八位char 的二进制数，剩余的24位不做处理既为0

 当（char)int 时，由于char 型只能是八位，而int型的32位放不下便会截断，丢失精度。

 比如 int a=542;char ch=(char)a;printf("%d",ch);输出为30；

 分析：  542的二进制为  0000 0000  0000  0000   0000    0010  0001   1110当放在char型的八位中时，只有最后八位能放下，其余的都会丢失，所以变成了 00011110它转换为十进制便是30；

如果int a =45;char ch=(char)a;printf("%d",ch);

输出依然是45，没有丢失精度因为45的

二进制为 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 00101101最后八位能完全放在char 中，高位都是0，所以不丢失精度。

也可以这样说，char 型的十进制范围为 -128~127 所以只要在此范围内的int 型，便能不丢失精度的转换

而(int)char 是绝对没有问题的。