C++ 宏定义

本文详细介绍了C语言中的宏定义命令#define的基本用法,包括简单的宏定义和带参数的宏定义,并通过实例解释了宏替换的过程及注意事项。此外,还列举了一些常用的宏定义示例。

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———————— #define基本用法 ————————

#define命令是C语言中的一个宏定义命令,它用来将一个标识符(宏名)定义为一个字符串,该标识符被称为宏名,被定义的字符串称为替换文本。程序编译之前,编译的时候所有的宏名都会被定义的字符串替换,这便是宏替换。

理解宏定义的关键在于 “替换”

该命令有两种格式:一种是简单的宏定义,另一种是带参数的宏定义。

(1)简单的宏定义:
#define <宏名>  <字符串>

例: #define PI 3.14
程序:

float pi2 = PI * 2;//pi2 = 6.28

(2) 带参数的宏定义
#define <宏名> (<参数表>) <宏体>

例: #define AddOne(x) (x+1)
程序:

float pi2 = PI * 2;//pi2 = 6.28
pi2 = AddOne(pi2);// pi2 = 7.28

———————— 宏替换发生的时机 ————————

为了能够真正理解#define的作用,让我们来了解一下对C语言源程序的处理过程。当我们在一个集成的开发环境如Turbo C中将编写好的源程序进行编译时,实际经过了预处理、编译、汇编和连接几个过程。其中预处理器产生编译器的输出,它实现以下的功能:

(1)文件包含

可以把源程序中的#include 扩展为文件正文,即把包含的.h文件找到并展开到#include 所在处。

(2)条件编译

预处理器根据#if和#ifdef等编译命令及其后的条件,将源程序中的某部分包含进来或排除在外,通常把排除在外的语句转换成空行。

(3)宏展开

预处理器将源程序文件中出现的对宏的引用展开成相应的宏定义,即本文所说的#define的功能,由预处理器来完成。经过预处理器处理的源程序与之前的源程序有所有不同,在这个阶段所进行的工作只是纯粹的替换与展开,没有任何计算功能,所以在学习#define命令时只要能真正理解这一点,这样才不会对此命令引起误解并误用。

———————— 宏替换错误举例 ————————

只要严格遵守“直接替换”,就不会出现下面的问题

比如下面的宏定义:

#define Square(x) x*x

float temp = Square(3+3);
//程序的本意可能是要计算6*6=36,但由于宏定义执行的是直接替换,本身并不做计算,因此实际的结果为 3+3*3+3=15
//想要避免这个问题,只需要修改如下:
#define Square(x) ((x)*(x))

———————— 宏定义的特点 ————————

(1)宏名一般用大写,且末尾不加分号。

(2)宏定义的参数是无类型的,不做语法检查,不做表达式求解,只做替换。

(3)宏定义通常在文件的最开头,可以使用

#undef 宏名

命令终止宏定义的作用域。

(4)宏定义可以嵌套,但字符串” “中永远不包含宏。

(5)宏展开使源程序变长,函数调用不会;宏展开不占运行时间,只占编译时间,函数调用占运行时间(分配内存、保留现场、值传递、返回值)。

(6)函数调用在编译后程序运行时进行,并且分配内存。宏替换在编译前进行,不分配内存。

(7)使用宏可提高程序的通用性和易读性,减少不一致性,减少输入错误和便于修改。例如:数组大小常用宏定义,常量pi常用宏定义。

—————— define中的三个特殊符号:##,#,#@ ——————

/*x连接y,例如:int n = Conn(123,456); 结果就是n=123456;char* str = Conn("asdf", "adf"); /*结果就是 str = "asdfadf";*/
#define Conn(x,y) x##y

/*给x加上单引号,结果返回是一个const char。例如:char a = ToChar(1);结果就是a='1';做个越界试验char a = ToChar(123);结果就错了;但是如果你的参数超过四个字符,编译器就给给你报错了!error C2015: too many characters in constant   :P */

#define ToChar(x) #@x


// x加双引号,例如:char* str = ToString(123132);就成了str="123132";
#define ToString(x) #x

———————— 常用宏定义 ————————

(1) 防止一个头文件被重复包含

#ifndef BODYDEF_H 

#define BODYDEF_H 

 //头文件内容 
#endif

(2) 得到指定地址上的一个字节或字

#define MEM_B( x ) ( *( (byte *) (x) ) ) 

#define MEM_W( x ) ( *( (word *) (x) ) )

//例如:
int bTest = 0x123456;

byte m = MEM_B((&bTest));/*m=0x56*/
int n = MEM_W((&bTest));/*n=0x3456*/

(3) 得到一个field在结构体(struct)中的偏移量

#define OFFSETOF( type, field ) ( (size_t) &(( type *) 0)-> field )

(4) 得到一个结构体中field所占用的字节数

#define FSIZ( type, field ) sizeof( ((type *) 0)->field )

(5) 得到一个变量的地址(word宽度)

#define B_PTR( var ) ( (byte *) (void *) &(var) ) 

#define W_PTR( var ) ( (word *) (void *) &(var) )

(6) 将一个字母转换为大写

#define UPCASE( c ) ( ((c) >= ''a'' && (c) <= ''z'') ? ((c) - 0x20) : (c) )

(7) 防止溢出的一个方法

#define INC_SAT( val ) (val = ((val)+1 > (val)) ? (val)+1 : (val))

(8) 返回数组元素的个数

#define ARR_SIZE( a ) ( sizeof( (a) ) / sizeof( (a[0]) ) )

(9) 使用一些宏跟踪调试

ANSI标准说明了五个预定义的宏名。它们是:

__LINE__:在源代码中插入当前源代码行号;

__FILE__:在源文件中插入当前源文件名;

__DATE__:在源文件中插入当前的编译日期

__TIME__:在源文件中插入当前编译时间;

__STDC__:当要求程序严格遵循ANSI C标准时该标识被赋值为1;

__cplusplus:当编写C++程序时该标识符被定义

### C++ 宏定义的使用方法与最佳实践 #### 一、宏定义的基础概念 在C++中,宏定义是一种预处理指令,在编译前会替换代码中的特定文本。这种机制可以通过`#define`关键字实现,用于简化复杂操作并提高代码可读性[^3]。 #### 二、简单数学运算的实现 利用宏定义可以轻松完成基本的数学运算,例如加法、减法、乘法和除法。下面是一个具体的例子: ```cpp #define ADD(a, b) ((a) + (b)) // 加法 #define SUBTRACT(a, b) ((a) - (b)) // 减法 #define MULTIPLY(a, b) ((a) * (b)) // 乘法 #define DIVIDE(a, b) ((a) / (b)) // 除法 ``` 上述代码展示了如何通过宏定义执行四则运算。注意这里使用了额外的小括号包裹参数,这是为了避免因优先级问题引发错误[^1]。 #### 三、令牌粘合运算符 `##` C++ 提供了一个特殊的工具——令牌粘合运算符 (`##`),它可以将两个标记组合成一个新的标记。此特性常被应用于动态生成变量名或其他标识符的情况。例如: ```cpp #define CONCATENATE(x, y) x##y int main() { int value1 = 10; int value2 = 20; int CONCATENATE(value, 1) = 30; // 动态生成变量名为value1 return 0; } ``` 尽管该功能强大,但在实际应用中需谨慎对待,确保最终形成的标识符既合法又便于理解[^2]。 #### 四、复合语句作为体 当需要在一个里表达多个逻辑步骤时,可以用大括号把整个动作封装起来形成一个复合语句。比如交换两个整数值得到如下写法: ```cpp #define SWAPINT(x, y) do { \ int tmp = x; \ x = y; \ y = tmp; \ } while(0) ``` 这里的`do...while(0)`结构不仅限定了作用域还增强了与其他控制流混合使用的安全性[^4]。 #### 五、注意事项及建议 - **避免副作用**: 如果传入带有副作用表达式的实参给调用,则可能导致意外行为。 - **优先级陷阱**: 如无适当括弧保护,计算顺序可能会违背预期。 - **替代方案考量**: 对于某些场景下,推荐选用内联函数或者模板而非传统意义上的因为它们往往提供更好的类型安全性和调试体验。 --- ###
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