淺談C++/C關於#define的那些奇奇怪怪的用法

2022-07-04 18:01:27

前言

眾所周知，#define(也就是宏定義)在C++/C裡用處很廣泛。對於一個萌新小白來說，宏定義有以下幾種用法：

1 縮減程式碼

第一種用法與typedef類似，而且比typedef應用得更廣泛。舉個例子，在以下C++程式中，unsigned int出現的實在是太多了。

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
unsigned int n;
int main()
{
    cin>>n;
    for(unsigned int i=0;i<n;i++)
    {
        unsigned int a,b;
          cin>>a>>b;
          while(b==0)
          {
              unsigned int r=a%b;
              a=b;b=r;
        }
        cout<<a<<endl;
    }
    return 0;
}

那該怎麼辦呢？其實只需要加一行這樣的程式碼，然後再把unsigned int改成ui就可以了。

#define ui unsigned int

這樣的話程式就簡短了很多。

#include<bits/stdc++.h>
#define ui unsigned int
//也可以寫作typedef unsigned int ui
using namespace std;
ui n;
int main()
{
    cin>>n;
    for(ui i=0;i<n;i++)
    {
        ui a,b;
          cin>>a>>b;
          while(b==0)
          {
              ui r=a%b;
              a=b;b=r;
        }
        cout<<a<<endl;
    }
    return 0;
}

2 定義變數

第二種用法與const auto(不一定是int)相似。當我們想寫一段這樣的程式碼時，我們可以用const int寫以避免重複出現100005：

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
const int N=100005;
int a[N],b[N],c[N],ans[N];
int main()
{
    int n;
    cin>>n;
    for(int i=0;i<n;i++) cin>>a[i]>>b[i]>>c[i];
    for(int i=0;i<n;i++) ans[i]=a[i]+b[i]-c[i];
    for(int i=0;i<n;i++) cout<<ans[i]<<' ';
    return 0;
}

#define也有這個功能。它可以根據賦的“值”(不一定是值)判斷改用哪種資料型別(這裡就不細講了)，與auto的功能相似。因此，我們也可以這樣寫：

#include<bits/stdc++.h>+
#define N 100005//會根據後面的量以決定資料型別 
using namespace std;
int a[N],b[N],c[N],ans[N];
int main()
{
    int n;
    cin>>n;
    for(int i=0;i<n;i++) cin>>a[i]>>b[i]>>c[i];
    for(int i=0;i<n;i++) ans[i]=a[i]+b[i]-c[i];
    for(int i=0;i<n;i++) cout<<ans[i]<<' ';
    return 0;
}

以下是#define的基礎用法。其實，#define還有一些其他功能。

3 代替函數

以以下程式為例，在輸出環節多次出現了同一行程式碼。那該怎麼辦呢？

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
multiset<int>s;int n,m; 
multiset<int>::iterator it,ie;
int main()
{
    cin>>n;
    for(int i=1;i<=n;i++)
    {
        cin>>m;
        s.insert(m);
    }
    for(it=s.begin();it!=s.end();it++)
    {
        if(it!=s.begin())
        {if(*it!=*ie) cout<<*it<<' '<<s.count(*it)<<endl;}
        else cout<<*it<<' '<<s.count(*it)<<endl;
        ie=it;
    }
    return 0;
}

我們可以寫一個輸出函數。這樣的話程式就變成了這個樣子：

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
multiset<int>s;int n,m; 
multiset<int>::iterator it,ie;
void sc(multiset<int>::iterator a)
{cout<<*a<<' '<<s.count(*a)<<endl;}
int main()
{
    cin>>n;
    for(int i=1;i<=n;i++)
    {
        cin>>m;
        s.insert(m);
    }
    for(it=s.begin();it!=s.end();it++)
    {
        if(it!=s.begin())
        {if(*it!=*ie) sc(it);}
        else sc(it);
        ie=it;
    }
    return 0;
}

同時我們也可以用#define對程式進行再一次優化(這是typedef做不到的)。這樣的話程式程式碼就會大大縮減。

#include<bits/stdc++.h>
#define tor multiset<int>::iterator
#define mi multiset<int>
using namespace std;
mi s;int n,m;tor it,ie;
void sc(tor a)
{cout<<*a<<' '<<s.count(*a)<<endl;}
int main()
{
    cin>>n;
    for(int i=1;i<=n;i++)
    {
        cin>>m;
        s.insert(m);
    }
    for(it=s.begin();it!=s.end();it++)
    {
        if(it!=s.begin())
        {if(*it!=*ie) sc(it);}
        else sc(it);
        ie=it;
    }
    return 0;
}

但其實輸出函數那一部分也可以用#define做。可以用#define這樣寫輸出函數：

#define sc(a) cout<<*a<<' '<<s.count(*a)<<endl;//不需要tor,否則會報錯

可以發現，這裡的功能是不需要tor的。所以可以發現，這個功能是第二個功能的衍生功能。總結一下，就是#define可以代替一些簡單函數。

4 函數做不到的功能

同時，#define也可以做到一些函數做不到的功能。比如說，前面這段程式還可以繼續簡化成這樣：

#include<bits/stdc++.h>+
#define N 100005
#define go(n) for(int i=0;i<n;i++)
using namespace std;
int a[N],b[N],c[N],ans[N];
int main()
{
    int n;
    cin>>n;
    go(n) cin>>a[i]>>b[i]>>c[i];
    go(n) ans[i]=a[i]+b[i]-c[i];
    go(n) cout<<ans[i]<<' ';
    return 0;
}

那這是為什麼呢？因為#define還可以用來代替重複出現多次的程式碼。

運用這個方法，我們可以用C語言寫以下程式：

#include<stdio.h>
#define N 100005
#define go(n) for(int i=0;i<n;i++)
int a[N],n,b[N];
int main()
{
    scanf("%d",&n);
    go(n) scanf("%d",&a[i]);
    go(n)
    {
        if(i==0) b[i]=a[i]+a[n-1];
        else b[i]=a[i]+a[i-1];
        printf("%d ",b[i]);
    }
    return 0;
}

而且這個程式還能通過編譯！所以#define是可以套迴圈的。

同時我們還可以用#define寫一個forever(Scratch上死迴圈的英文)：

#define forever() for(int i=0;;i++)

或者這樣寫forever：

#define forever(i) for(i=0;;i++)

這樣寫死迴圈時就便利多了(話說while(1>0)它不香嗎)。

5 一些有些"邪門"的用法

那#define既然那麼好用，那有沒有一些邪門點的用法？當然有。

比如說以下這一段C語言程式就把"邪門"二字刻在了腦門上：

#include<stdio.h>
#define forever(i,j) for(int i=0;;i++)
int I,love,you;
void dear(int d,int s,int x)
{
    forever(s,x) dear(d,s,x);
}
int main()
{
    scanf("%d%d%d",&I,&love,&you);
    forever(love,you)    dear(I,love,you);
}

不說遞迴加回圈把程式卡死，這變數用的也太陰間了吧！這還是C語言程式？(看來這才是forever的真正用法。)

好了，回到正題。那能不能用#define對#include進行縮減？這裡以下方的C++程式為例。

#include<bits/stdc++.h>
#include<windows.h>
using namespace std;
void HideScreen()
{
    HWND hwnd;
    hwnd=FindWindow("ConsoleWindowClass",NULL);
    if(hwnd) ShowWindow(hwnd,SW_HIDE);
    return;
}//千萬別試！
int main()
{
    HideScreen();
    int x=GetSystemMetrics(SM_CXSCREEN);   
    int y=GetSystemMetrics(SM_CYSCREEN);
    for(int i=0;;i++){SetCursorPos(rand()%y,rand()%x);}
    return 0;
}

在這個程式中，我們是否能在第二行新增#define語句來縮減#include<windows.h>?很可惜，這通不過編譯。C++/C語言的#define是不可以對帶"#"號的指令進行宏定義的。

6 與#define有關聯的帶“#”號指令

如果你寫了那麼一個程式，然後想把程式裡的int和long long統一，那該怎麼辦(雖然這樣做對程式沒有影響)？是把long long全部改成int嗎?可這樣太麻煩了。

#include<bits/stdc++.h>
#define int long long
#define N 100001
using namespace std;
int m,n,ans,cnt=0,sum=0,li,lj,ri,rj,a[250][250];
void dg(int i,int j)
{
       if(i<li)  li=i;
       if(j<lj)  lj=j;
       if(i>ri)  ri=i;
       if(j>rj)  rj=j;
       ans++;a[i][j]=0;
       if(a[i][j-1]==1)  dg(i,j-1);
       if(a[i][j+1]==1)  dg(i,j+1);
       if(a[i-1][j]==1)  dg(i-1,j);
       if(a[i+1][j]==1)  dg(i+1,j);  
}
void cdr(long long n,long long m)
{
    memset(a,-1,sizeof(a));
    char c;
    for(long long i=1;i<=n;i++)
    {
        for(long long j=1;j<=m;j++)
        {
            cin>>c;
            if(c=='#')  a[i][j]=1;
        }
    }
}
int main()
{
    cin>>n>>m;
    cdr(n,m);
    for(long long i=1;i<=n;i++)
    {
        for(long long j=1;j<=m;j++)
        {
          if(a[i][j]==1)
          {
            li=ri=i;lj=rj=j;
            ans=0;dg(i,j);
            if((ri-li+1)*(rj-lj+1)==ans)  cnt++;
            else sum++;
          }
        }
    }
    cout<<cnt<<endl<<sum;
    return 0;
}

其實，你只需要在函數cdr前面加一句程式碼就行了：

#undef int long long

加上程式碼後話程式就變成了這樣：

#include<bits/stdc++.h>
#define int long long
#define N 100001
using namespace std;
int m,n,ans,cnt=0,sum=0,li,lj,ri,rj,a[250][250];
void dg(int i,int j)
{
       if(i<li)  li=i;
       if(j<lj)  lj=j;
       if(i>ri)  ri=i;
       if(j>rj)  rj=j;
       ans++;a[i][j]=0;
       if(a[i][j-1]==1)  dg(i,j-1);
       if(a[i][j+1]==1)  dg(i,j+1);
       if(a[i-1][j]==1)  dg(i-1,j);
       if(a[i+1][j]==1)  dg(i+1,j);  
}
#undef int long long
void cdr(long long n,long long m)
{
    memset(a,-1,sizeof(a));
    char c;
    for(long long i=1;i<=n;i++)
    {
        for(long long j=1;j<=m;j++)
        {
            cin>>c;
            if(c=='#')  a[i][j]=1;
        }
    }
}
int main()
{
    cin>>n>>m;
    cdr(n,m);
    for(long long i=1;i<=n;i++)
    {
        for(long long j=1;j<=m;j++)
        {
          if(a[i][j]==1)
          {
            li=ri=i;lj=rj=j;
            ans=0;dg(i,j);
            if((ri-li+1)*(rj-lj+1)==ans)  cnt++;
            else sum++;
          }
        }
    }
    cout<<cnt<<endl<<sum;
    return 0;
}

這便是C/C++中的#undef指令。這樣的話，這行程式碼後面的long long還是用long long表示，與前面的int等價。

另外，C/C++還有#ifdef，#ifndef，#elif，#if，#endif，#if……#else，#error等與宏定義有關的指令可以供您使用，但入門階段只需要知道#define就行了。

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