前言

宏（Macro）本質(zhì)上就是代碼片段，通過(guò)別名來(lái)使用。在編譯前的預(yù)處理中，宏會(huì)被替換為真實(shí)所指代的代碼片段，即下圖中 Preprocessor 處理的部分。

C/C++ 代碼編譯過(guò)程 - 圖片來(lái)自 ntu.edu.sg

根據(jù)用法的不同，分兩種，Object-like 和 Function-like。前者用于 Object 對(duì)象，后者用于函數(shù)方法。

C/C++ 代碼編譯過(guò)程中，可通過(guò)相應(yīng)參數(shù)來(lái)獲取到各編譯步驟中的產(chǎn)出，比如想看被預(yù)處理編譯之后的宏，使用 gcc 使加上 -E 參數(shù)。

$ gcc -E macro.c

宏的定義

通過(guò) #define 指令定義一個(gè)宏。

#define NAME_OF_MACRO value

比如，以下代碼定義了一個(gè)名為 BUFFER_SIZE 的宏，指代 1024 這個(gè)數(shù)字。

#define BUFFER_SIZE 1024

使用時(shí)，

foo = (char *) malloc (BUFFER_SIZE);

使用預(yù)處理器編譯：

$ gcc -E test.c

編譯結(jié)果：

foo = (char *) malloc (1024);

多行

宏的定義是跟隨 #define 在一同一行內(nèi)的，但可通過(guò) 反斜杠 \ 實(shí)現(xiàn)換行從而定義出多行的宏。

多行的宏經(jīng)過(guò)編譯后會(huì)還原到一行中。

test.c

#include <stdio.h>
#define GREETING_STR \
 "hello \
world"

int main() { printf(GREETING_STR); }

編譯后：

int main() {
 printf("hello world");
 return 0;
}

宏展開(kāi)時(shí)的順序

宏的展開(kāi)是在處理源碼時(shí)按照其出現(xiàn)位置進(jìn)行的，如果宏定義有嵌套關(guān)系，也是層層進(jìn)行展開(kāi)，比如：

#include <stdio.h>

#define GREETING_NAME "wayou"
#define GREETING "hello," GREETING_NAME

int main() {
 printf(GREETING);
 return 0;
}

首先遇到 GREETING，將其展開(kāi)成 GREETING_NAME "wayou"，然后發(fā)現(xiàn)另一個(gè)宏 GREETING_NAME，將其展開(kāi)最后得到 "hello," "wayou"。所以編譯后的代碼為：

int main() {
 printf("hello," "wayou");
 return 0;
}

其展開(kāi)的順序并不是宏定義時(shí)的順序，為了驗(yàn)證，可將上面示例代碼中兩個(gè)宏的定義調(diào)換一下，得到：

-#define GREETING_NAME "wayou"
#define GREETING "hello," GREETING_NAME
+#define GREETING_NAME "wayou"

再次編譯查看產(chǎn)出，會(huì)發(fā)現(xiàn)沒(méi)有區(qū)別，也不會(huì)報(bào) GREETING 中所依賴的 GREETING_NAME 找不到的錯(cuò)。其實(shí) #define 只是告訴編譯器定義了這么個(gè)宏，而具體的求值，則是使用宏的地方才開(kāi)始的。

像下面這樣，當(dāng)宏存在覆蓋時(shí)，會(huì)以新的為準(zhǔn)，其結(jié)果為 37。

#define BUFSIZE 1020
#define TABLESIZE BUFSIZE
#undef BUFSIZE
#define BUFSIZE 37

Object-like 宏

Object-like 類(lèi)型的宏看起來(lái)就像普通的數(shù)據(jù)對(duì)象，故名。多用于數(shù)字常量的情形下。且宏名一般使用全大寫(xiě)形式方便識(shí)別。像上面示例中，都是 Object-like 的。

Function-like 宏

也可定義出使用時(shí)像是方法調(diào)用一樣的宏，這便是 Function-like 類(lèi)型的宏。

#define lang_init() c_init()
lang_init()

// 編譯后
c_init()

函數(shù)類(lèi)型的宏只在以方法調(diào)用形式使用時(shí)才會(huì)被展開(kāi)，即名稱(chēng)后加括號(hào)，否則會(huì)被忽略。當(dāng)宏名和函數(shù)名重名時(shí)，這一策略就會(huì)顯得有用了，比如：

extern void foo(void);
#define foo() /* optimized inline version */
…
 foo();
 funcptr = foo;

這里 foo() 的調(diào)用會(huì)來(lái)自宏里面定義的那個(gè)函數(shù)，而 funcptr 會(huì)正確地指向函數(shù)地址，如果后者也被宏展開(kāi)，則成了 funptr=foo() 顯然就不對(duì)了。

函數(shù)類(lèi)型的宏在定義時(shí)需注意，宏名與后面括號(hào)不能有空格，否則就是普通的 Object-like 類(lèi)型對(duì)象。

#define lang_init ()  c_init()
lang_init()

// 編譯后：
() c_init()()

宏的參數(shù)

函數(shù)類(lèi)型的宏，可以像正常函數(shù)一樣指定入?yún)?，入?yún)⑿铻槎禾?hào)分隔合法的 C 字面量。

#define min(X, Y) ((X) < (Y) ? (X) : (Y))
 x = min(a, b);     → x = ((a) < (b) ? (a) : (b));
 y = min(1, 2);     → y = ((1) < (2) ? (1) : (2));
 z = min(a + 28, *p);  → z = ((a + 28) < (*p) ? (a + 28) : (*p));

入?yún)⒅械睦ㄌ?hào)

入?yún)⒅兄恍枰ㄌ?hào)對(duì)稱(chēng)，但不要求方括號(hào)或花括號(hào)成對(duì)出現(xiàn)，所以下面的代碼：

macro (array[x = y, x + 1])

其入?yún)?shí)際為 array[x = y 和 x + 1]。

入?yún)⒌恼归_(kāi)

入?yún)⒈举|(zhì)上也是宏，對(duì)象類(lèi)型的宏，在函數(shù)宏展示時(shí)，這些參數(shù)也被展示到了函數(shù)宏的函數(shù)體里。

 min (min (a, b), c)

首先被展開(kāi)成：

min (((a) < (b) ? (a) : (b)), (c))

然后進(jìn)一步展開(kāi)成（此處換行為方便閱讀，實(shí)際編譯后沒(méi)有）：

((((a) < (b) ? (a) : (b))) < (c)
 ? (((a) < (b) ? (a) : (b)))
 : (c))

參數(shù)的缺省

函數(shù)宏在使用時(shí)其入?yún)⒖扇笔?，但不能全部缺省，至少提供一個(gè)入?yún)ⅰ?/p>

min(, b)    → ((  ) < (b) ? (  ) : (b))
min(a, )    → ((a ) < ( ) ? (a ) : ( ))
min(,)     → ((  ) < ( ) ? (  ) : ( ))
min((,),)    → (((,)) < ( ) ? ((,)) : ( ))

min()   error→ macro "min" requires 2 arguments, but only 1 given
min(,,)  error→ macro "min" passed 3 arguments, but takes just 2

字符化/Stringizing

如果函數(shù)宏中入?yún)⒃谧址校遣粫?huì)被展開(kāi)的，它就是普通的字符串字面量，這樣的結(jié)果是符合預(yù)期的。

#define foo(x) x, "x"
foo(bar)    → bar, "x"

但如果確實(shí)想將入?yún)⒄归_(kāi)成字符串，可在使用入?yún)r(shí)，加上 # 前綴。

#define WARN_IF(EXP) \
do { if (EXP) \
    fprintf (stderr, "Warning: " #EXP "\n"); } \
while (0)
WARN_IF (x == 0);
   → do { if (x == 0)
      fprintf (stderr, "Warning: " "x == 0" "\n"); } while (0);

此處 #EXP 在字符串中會(huì)被正確展開(kāi)。What's more, 如果這里的 x 也是宏，那只會(huì)在 if 語(yǔ)句中進(jìn)行展開(kāi)。

拼接

通過(guò) ## 可將兩個(gè)宏展開(kāi)成一個(gè)，即將兩者進(jìn)行了拼接，這種操作叫 "token pasting"，或 "token concatenation"，就是拼接嘛。

宏拼接一般用在需要拼接的宏是來(lái)自宏參數(shù)的情況，其他情況，大可直接將兩個(gè)宏寫(xiě)在一起即可，用不著 ## 指令。

考察下面這個(gè)場(chǎng)景，其中命令名重復(fù)出現(xiàn)：

struct command
{
 char *name;
 void (*function) (void);
};

struct command commands[] =
{
 { "quit", quit_command },
 { "help", help_command },
 …
};

通過(guò)定義宏配合拼接，可達(dá)到精簡(jiǎn)代碼的目的：

#define COMMAND(NAME) { #NAME, NAME ## _command }

struct command commands[] =
{
 COMMAND (quit),
 COMMAND (help),
 …
};

不定參數(shù)

像普通函數(shù)一樣，函數(shù)類(lèi)型的宏也可定義接收不定參數(shù)。

#define eprintf(…) fprintf (stderr, __VA_ARGS__)

調(diào)用時(shí)，命名參數(shù)后面，包括逗號(hào)都會(huì)進(jìn)入到 __VA_ARGS__ 關(guān)鍵字當(dāng)中。但 C++ 中還支持對(duì)這些參數(shù)命名從而不用 __VA_ARGS__。

eprintf ("%s:%d: ", input_file, lineno)

// 編譯后：
fprintf (stderr, "%s:%d: ", input_file, lineno)

C++ 中可這么寫(xiě)：

#define eprintf(args…) fprintf (stderr, args)

不定參數(shù)與命名參數(shù)混合的情況

不定參數(shù)為命名參數(shù)后面省略的部分。

#define eprintf(format, …) fprintf (stderr, format, __VA_ARGS__)

預(yù)設(shè)的宏

標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)及編譯器中預(yù)設(shè)了一些有用的宏，可以在這里 查閱。

取消和重置宏

當(dāng)某個(gè)宏不再使用時(shí)，可通過(guò) #undef 將取注銷(xiāo)掉。#undef 后緊跟宏名，后面不要跟其他東西，即使是函數(shù)類(lèi)型的宏。

#define FOO 4
x = FOO;    → x = 4;
#undef FOO
x = FOO;    → x = FOO;

兩個(gè)宏相似的定義

滿足以下條件時(shí)，我們認(rèn)為兩者是相似的：

• 類(lèi)型相同，比如同為對(duì)象類(lèi)型，或函數(shù)類(lèi)型的宏
• 展開(kāi)后各位置的符號(hào)（token）相同
• 如果是函數(shù)宏，入?yún)⑾嗤?/li>
• 空白的不限但出現(xiàn)的位置相同

比如，下面這些是相似的：

#define FOUR (2 + 2)
#define FOUR     (2  +  2)
#define FOUR (2 /* two */ + 2)

而下面這些則不然：

#define FOUR (2 + 2)
#define FOUR ( 2+2 ) // 空白位置不一樣 
#define FOUR (2 * 2) // 宏的內(nèi)容不一樣
#define FOUR(score,and,seven,years,ago) (2 + 2) // 入?yún)⒉灰粯?/pre>

宏重復(fù)定義時(shí)的表現(xiàn)

對(duì)于使用了 #undef 注銷(xiāo)過(guò)的宏，再次定義同名的宏時(shí)，要求新定義的宏不與老的相似。

而如果說(shuō)一個(gè)已經(jīng)存在的宏，并沒(méi)有注銷(xiāo)，重復(fù)定義時(shí)，如果相似，則新的定義會(huì)忽略，如果不相似，編譯器會(huì)報(bào)警告同時(shí)使用新定義的宏。這允許在多個(gè)文件中定義同一個(gè)宏。

相關(guān)資源

• gcc - Macros
• Standard C++ Library reference
• 3.7.1 Standard Predefined Macros

總結(jié)

以上就是這篇文章的全部?jī)?nèi)容了，希望本文的內(nèi)容對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值，謝謝大家對(duì)腳本之家的支持。

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