C之宏定義（十九）

        我們在 C 語言中經常會用到宏定義，那么我們今天就對宏做個簡單的介紹。#define 是預處理期處理的單元實體之一；它定義的宏可以出現在程序的任意位置；它定義之后的代碼都可以使用這個宏。

        #define 定義的宏常量可以直接使用，其本質為字面量。它與 const 定義的常量的區別是：const 修飾的常量本質是變量，占用內存；而字面量是不占用內存的。我們來看看下面這幾個宏常量定義是否正確

#define ERROR -1
#define PATH1 "D:\test\test.c"
#define PATH2 D:\test\test.c
#define PATH3 D:\test\
test.c

int main()
{
    int err = ERROR;
    char* p1 = PATH1;
    char* p2 = PATH2;
    char* p3 = PATH3;
}

        我們分析下，前兩個肯定正確，第三種猜測是正確的，因為宏定義只是簡單的替換。第四種也是正確的，最后的 \ 我們看成是前面介紹的接續符。我們來單步編譯下，看看結果

        我們看到單步編譯的時候，它沒出錯。就是進行簡單的替換，我們再加上頭文件，進行編譯。結果如下

        我們看到編譯出錯了，因為宏只是被預處理期處理，預處理期不會去檢查語法，所以會單步編譯通過。所以在編譯檢查語法的時候出錯了。我們下來看個示例代碼，代碼如下

#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 = %d\n", s1);
    printf("s2 = %d\n", s2);
    printf("m = %d\n", m);
    printf("d = %d\n", d);

    return 0;
}

        我們分析，第14行返回相加和，因而第19行打印 3；第15行返回加和的平方，因而第20行打印 9；第16行返回最小值，因而第21行打印 1；第17行返回的是數組的個數，所以第22行打印 4。我們看看編譯結果

        結果跟我們分析的不太一樣，中間兩個不一樣。我們來單步編譯下，看看是什么樣的

        我們看到它的 main 函數是這樣的，因而我們分析的是錯的。那么在這塊我們是忽略了宏表達式和函數的差異，那么宏表達式有哪些特性呢？如下：a> 宏表達式被預處理器處理，編譯器不知道宏表達式的存在；b> 宏表達式用“實參”完全代替形參，不進行任何運算；c> 宏表達式沒有任何的“調用”開銷；d> 宏表達式中不能出現遞歸定義，如：#define _SUM_(n) ((n > 0) ? (_SUM_(n-1) + n) : 0)； int s = _SUM_(5);

        那么我們來思考下：宏定義的常量或表達式是否有作用域限制？我們來看看下面的代碼

#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 = %f\n", PI);
    printf("d = 5; a = %f\n", r);
    
    return 0;
}

        那么在 def 函數里定義的宏能否在 area 函數里使用呢？也就是說宏定義的作用域是否是具有函數作用域呢，我們來看看編譯結果

        它并沒有報錯，而是成功運行。在這里我們注釋掉頭文件和打印語句，我們來單步編譯下，看看函數里是怎樣的？

        明顯在 area 函數里直接展開宏，也就是說宏定義的常量沒有作用域的限制。我們再來看看 C 語言中強大的內置宏

        我們利用內置宏編寫析下面的代碼，代碼如下：

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

        我們在第4行定義 MALLOC 為申請堆空間并用指針來存儲地址，第6行利用之前學習的逗號表達式來釋放申請到的指針。第8行則是利用內置宏定義 LOG 打印信息，第10-12行分別定義 for 循環和{ }。我們來看看編譯后打印的結果

        我們看到內置宏是如此的強大，目前在 C 語言中是利用函數辦不到來打印文件名和行數信息的。通過對宏定義的學習，總結如下：1、預處理期直接對宏進行文本替換，宏使用時的參數不會進行求值和運算；2、預處理期不會對宏定義進行語法檢查，宏定義出現的緣分錯誤只能被編譯器檢測；3、宏定義的效率高于函數調用但會帶來一定的副作用。后面我們會繼續對 C 語言的學習。

         歡迎大家一起來學習 C 語言，可以加我QQ：243343083。