C/C++宏中#的用法以及多重宏的展开过程

1. 前言

C/C++中宏定义有#最常见的用法就是用在宏定义语句的开头（如#define、#ifdef等），用来标识一个宏定义语句。除此之外，#还有两个比较重要的用法：

• "#" 用来将标识符字符串化

• "##" 连接两个标识符

下面就上面的两个作用，具体展开讲一讲。

2. “#”标识符转化为字符串

“#” 可以在宏定义中将一个标识符转化为一引号字符串。

# TO_STR(ARG) #ARG   // 将参数转化为字符串，例如：
TO_STR(time) 将转化为"time"
TO_STR(a)  将转化为"a"

在一些打印中经常见到这种用法，举个例子如下：

#include <iostream>
# define LOG(ARG) cout << #ARG << " = " << ARG << endl;
using namespace std;
int main()
{
    int a = 1;
    int b = 2;
    LOG(a+b);
    return 0;
}

上面的打印结果如下：

a+b = 3

这个例子中，"#"的作用就是将a+b作为整体转化为字符串。注意，“#”将标识符转化为字符串，必须是在宏定义中，如果不是宏定义语句中，是不可以的。下面的语句是得不到上面的效果的。

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
    int a = 1;
    int b = 2;
    // #a+b 是不能将a+b转化为字符串的
    cout << #a+b << " = " << a+b << endl;     
    return 0;
}

3. "##"连接两个标识符

"##"用于在宏定义中连接两个标识符。常常用于生成一系列结构化相同代码。

#define PARAMS(TYPE, ARG) TYPE TYPE##_##ARG
PARAMS(int, cellnum); // 相当于 int int_cellnum;
PARAMS(double, salary); // 相当于 double double_salary;

4. 多重宏的展开顺序以及需要注意的地方

如果是多重宏，那么需要按照顺序逐层展开。

#define ARGS 1,2,3

#define MACROFUNC_OUTER(PARAMS) MACROFUNC_INNER(PARAMS)
#define MACROFUNC_INNER(A,B,C) A + B + C

int a = MACROFUNC_OUTER(ARGS);
// 上面的宏MACROFUNC_OUTER(ARGS)最终会展开为：
1 + 2 + 3
// 具体展开过程为：
第一步：MACROFUNC_OUTER(ARGS) -> MACROFUNC_INNER(ARGS)
第二步：由于ARGS仍然为一个宏，可以继续展开，知道不能展开为止，故
    MACROFUNC_INNER(ARGS) -> MACROFUNC_INNER(1, 2,3)
第三步：MACROFUNC_INNER(1,2,3) -> 1 + 2 + 3

需要特别注意的是，遇到"#"以及"##"会停止展开。

// test.cpp
#define ARG1 prefix_
#define ARG2 suffix
#define CAT(A, B) A##B
// 那么下面的式子展开结果是什么呢？prefix_suffix ?
CAT(ARG1, ARG2);

使用预处理命令进行处理：g++ -E test.cpp -o test.ii， 然后使用vim查看test.ii，结果如下：

可以看到，上面的展开并没有展开为像我们预期的那样：prefix_suffix

这是因为，在宏展开过程中遇到"#"、"##"就会停止展开。对上面的展开过程作一个分析：

CAT(ARG1, ARG2)首先展开为 ARG1##ARG2, 由于在这一步展开遇到"##"，于是就不会进一步
展开ARG1以及ARG2了。

为了解决上面的问题，可以增加一个中间层：

// test.cpp
#define ARG1 prefix_
#define ARG2 suffix
#define CAT(A, B) CAT(A, B)
#define XCAT(A, B) A##B
// 那么下面的式子展开结果是什么呢？prefix_suffix ?
CAT(ARG1, ARG2);

增加一个中间层之后，CAT(ARG1, ARG2)就可以顺利展开为prefix_suffix了：

CAT(ARG1, ARG2)首先展开为 XCAT(ARG1,ARG2),展开到这一步时，由于没有遇到"#"以及"##",那么
宏参数ARG1以及ARG2会进一步展开：ARG1 -> prefix_   ARG2 -> suffix，得到：
XCAT(prefix_, suffix) —> prefix_suffix