C語言深入講解宏的定義與使用方法

2022-04-19 13:00:46

一、C語言中的宏定義

#define是前處理器處理的單元實體之一
#define 定義的宏可以出現在程式的任意位置
#define 定義之後的程式碼都可以使用這個宏
#define 定義的宏常數可以直接使用
#define 定義的宏常數本質為字面量

下面的宏常數定義正確嗎？

編寫程式碼來測試：

#define ERROR -1
#define PATH1 "D:testtest.c"
#define PATH2 D:testtest.c
#define PATH3 D:test
test.c
 
int main()
{
    int err = ERROR;
    char* p1 = PATH1;
    char* p2 = PATH2;
    char* p3 = PATH3;
}

先使用gcc -E Test.c -o Test.i 進行預編譯，預編譯沒有報錯，結果如下：

# 1 "Test.c"
# 1 "<built-in>"
# 1 "<command-line>"
# 1 "Test.c"
 
int main()
{
    int err = -1;
    char* p1 = "D:testtest.c";
    char* p2 = D:testtest.c;
    char* p3 = D:testtest.c;
}

直接進行編譯，發現 char* p2 = PATH2; char* p3 = PATH3; 報錯

這說明宏定義是正確的，但是編譯是過不了的，只是

#define PATH2 D:testtest.c

#define PATH3 D:test

不符合語法規範。

二、宏定義表示式

#define 表示式的使用類似函數呼叫
#define 表示式可以比函數更強大
#define 表示式比函數更容易出錯

強大之處其中之一就是可以求陣列的大小，這是不能編寫函數辦到的。

下面看一段宏表示式的程式碼：

#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);
    int m = _MIN_(a++, b);
    int d = _DIM_(c);
 
    printf("s1 = %dn", s1);
    printf("s2 = %dn", s2);
    printf("m = %dn", m);
    printf("d = %dn", d);
 
    return 0;
}

下面為輸出結果,但是 s2 我們預期的結果應該是 9，m 的值我們預期的結果應該是 1，這是怎麼回事呢？

下面進行預編譯看看程式碼到底是怎麼執行的,輸入 gcc -E Test.c -o Test.i

int main()
{
    int a = 1;
    int b = 2;
    int c[4] = {0};
 
    int s1 = (a) + (b);
    int s2 = (a) + (b) * (a) + (b);
    int m = ((a++) < (b) ? (a++) : (b));
    int d = sizeof(c)/sizeof(*c);
 
    printf("s1 = %dn", s1);
    printf("s2 = %dn", s2);
    printf("m = %dn", m);
    printf("d = %dn", d);
 
    return 0;
}

通過上面宏定義的替換，我們很容易知道為什麼結果跟我們想的不一樣。

三、宏表示式與函數的對比

宏表示式被前處理器處理，編譯器不知道宏表示式的存在
宏表示式用“實參”完全替代形參，不進行任何運算
宏表示式沒有任何的“呼叫”開銷
宏表示式中不能出現遞迴定義

所以，下面遞迴定義就是錯誤的：

四、有趣的問題

宏定義的常數或表示式是否有作用域限制?（沒有）

下面看一個宏作用域分析的程式碼：

#include <stdio.h>
 
void def()
{
    #define PI 3.1415926
    #define AREA(r) r * r * PI
}
 
double area(double r)
{
    return AREA(r);
}
 
int main()
{
    double r = area(5);
 
    printf("PI = %fn", PI);
    printf("d = 5; a = %fn", r);
    
    return 0;
}

下面為輸出結果：

作用域的概念是針對 C 語言中的變數和函數，不針對宏。宏表示式被前處理器處理，編譯器不知道宏表示式的存在。

五、強大的內建宏

宏	含義	範例
_FILE_	被編譯的檔名	file1.c
_LINE_	當前行號	25
_DATE_	編譯時的日期	Jan 31 2021
_TIME_	編譯時的時間	17:01:01
_STDC_	編譯器是否遵循標準C規範	1

下面看一個宏使用的綜合範例：

#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("%dn", p[x]);
    END
    
    FREE(p);
    
    LOG("End");
    
    return 0;
}

下面為輸出結果：