【C】浅析 #define 宏和函数的区别

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#宏和函数的区别

于 2018-04-30 15:13:35 首次发布

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本文从执行速度、调试难易程度等方面详细对比了宏与函数的特点，并介绍了宏定义可能带来的问题及解决方案。

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本篇将通过以下几个方面来阐述 #define 宏和函数的不同之处：

1. 执行速度（效率）

#define 宏 的执行速度快
- #define 宏 在程序运行过程中，只执行逻辑部分，完成替换即可
函数的执行速度慢
- 函数存在 函数调用以及函数返回时的额外开销（即函数栈帧）
  - 函数需要做一些准备工作，比如调用函数前要先在栈中预开辟一片空间
  - 调用函数时执行逻辑部分，并且会保存调用函数的地址，函数调用结束后根据保存的地址返回到之前函数调用的地方

2. 调试的难易程度

#define 宏 不便于调试
- 编译报错时，往往编译器报错的地方并不是真正发生错误的地方
- #define 宏 是在编译时的预处理阶段就被编译器处理了，只完成一些替换操作
函数调试是比较方便的
- 函数是在程序运行过程中被处理的

3. 是否增加代码长度

#define 宏 可能会使得代码长度变长
- 假如宏定义特别多，那么会使得代码长度大幅度增加
函数并不会增加代码长度
- 函数只有在调用时才会使用定义函数的代码
- 函数调用结束后会释放掉调用期间开辟的空间，这并不会影响代码的长度

4. 是否可以传入参数类型

#define 宏 可以传入参数类型
函数传参是不可以传入数据类型的

#include <stdlib.h>
// 宏在传参时是可以传入类型的
#define MALLOC(NUM, TYPE) (TYPE *)malloc(NUM * sizeof(TYPE))

void test()
{
    // error, 函数在传参时是不可以传入数据类型的
    int maxNum = Max(1, int, 2, int);
}

5. 是否带来副作用

#define 宏 参数的求值需要给参数加上相应的括号
- 否则邻近操作符可能会影响所求值的结果，这是因为宏只是做了简单的替换操作
- 即使加上括号，带有副作用的宏参数 可能也会使得计算结果出错
函数的参数只在函数调用时求值一次，并将结果传递给函数即可

5.1 宏定义未添加括号

#include <stdio.h>
#define SQUARE(X) X * X

int main(void) {
	int ret = 0;

	ret = SQUARE(3 + 1);
	printf("square = %d\n", ret);

	return 0;
}

我们期待的结果是 4 * 4 = 16，而运行上述程序的结果却是 7，这是因为宏只是做了简单的替换，因此可以得到替换后的结果为：3 + 1 * 3 + 1 = 7。

假如想要得到结果 16，我们可以通过加上括号的方式来解决：

#include <stdio.h>
#define SQUARE(X) ((X) * (X))

int main(void) {
	int ret = 0;

	ret = SQUARE(3 + 1);
	printf("square = %d\n", ret);

	return 0;
}

函数在调用时先将参数计算一次，然后再将计算后的结果传给函数。

#include <stdio.h>

int Square(int x) {
	return x * x;
}

int main(void) {
	int ret = 0;

	ret = Square(3 + 1);
	printf("square = %d\n", ret);

	return 0;
}

5.2 宏定义引入的副作用

这里的副作用指的是会改变内存中数据的值（如 后置 ++）。

来看下这段代码：

#include <stdio.h>
#define MAX(x, y) ((x) > (y) ? (x) : (y))

int main(void) {
	int x = 2;
	int y = 5;
	int ret = MAX(x++, y++);

	printf("x = %d\ty = %d\tret = %d\n", x, y, ret);

	return 0;
}

输出结果为：

以上就是宏参数对宏产生的副作用，首先展开宏参数可以得到 (x++) > (y++) ? (x++) : (y++)，由于是后置 ++，因此先给 x,y 赋值，此时 x = 2，y = 5，显然 2 < 5，将执行 : 后面的语句，此时 x 自增 1，变成 3，y 自增 1 变成 6，而 ? 后面的语句不被执行，x 最终的值就是 3。在执行 : 后面的语句时，y 为 6，同样的后置 ++，把 6 赋给该语句，此时 ret 的值就是 6，最后 y 自增 1 得到 7。

5.3 使用函数实现同样的功能

再来看看下面这段代码：

#include <stdio.h>

int Max(int x, int y) {
	return x > y ? x : y;
}

int main(void) {
	int x = 2;
	int y = 5;
	int ret = Max(x++, y++);

	printf("x = %d\ty = %d\tret = %d\n", x, y, ret);

	return 0;
}

输出结果为：