C/C++中宏/Macro的深入講解
前言
宏（Macro）本質(zhì)上就是代碼片段，通過別名來使用。在編譯前的預處理中，宏會被替換為真實所指代的代碼片段，即下圖中 Preprocessor 處理的部分。
C/C++ 代碼編譯過程 - 圖片來自 ntu.edu.sg
根據(jù)用法的不同，分兩種，Object-like 和 Function-like。前者用于 Object 對象，后者用于函數(shù)方法。
C/C++ 代碼編譯過程中，可通過相應參數(shù)來獲取到各編譯步驟中的產(chǎn)出，比如想看被預處理編譯之后的宏，使用 gcc 使加上 -E 參數(shù)。
$ gcc -E macro.c
宏的定義
通過 #define 指令定義一個宏。
#define NAME_OF_MACRO value
比如，以下代碼定義了一個名為 BUFFER_SIZE 的宏，指代 1024 這個數(shù)字。
#define BUFFER_SIZE 1024
使用時，
foo = (char *) malloc (BUFFER_SIZE);
使用預處理器編譯：
$ gcc -E test.c
編譯結果：
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 反斜杠 \ 實現(xiàn)換行從而定義出多行的宏。
多行的宏經(jīng)過編譯后會還原到一行中。
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;
}
宏展開時的順序
宏的展開是在處理源碼時按照其出現(xiàn)位置進行的，如果宏定義有嵌套關系，也是層層進行展開，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，將其展開成 GREETING_NAME "wayou"，然后發(fā)現(xiàn)另一個宏 GREETING_NAME，將其展開最后得到 "hello," "wayou"。所以編譯后的代碼為：
int main() {
printf("hello," "wayou");
return 0;
}
其展開的順序并不是宏定義時的順序，為了驗證，可將上面示例代碼中兩個宏的定義調(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，會發(fā)現(xiàn)沒有區(qū)別，也不會報 GREETING 中所依賴的 GREETING_NAME 找不到的錯。其實 #define 只是告訴編譯器定義了這么個宏，而具體的求值，則是使用宏的地方才開始的。
像下面這樣，當宏存在覆蓋時，會以新的為準，其結果為 37。
#define BUFSIZE 1020 #define TABLESIZE BUFSIZE #undef BUFSIZE #define BUFSIZE 37
Object-like 宏
Object-like 類型的宏看起來就像普通的數(shù)據(jù)對象，故名。多用于數(shù)字常量的情形下。且宏名一般使用全大寫形式方便識別。像上面示例中，都是 Object-like 的。
Function-like 宏
也可定義出使用時像是方法調(diào)用一樣的宏，這便是 Function-like 類型的宏。
#define lang_init() c_init() lang_init() // 編譯后 c_init()
函數(shù)類型的宏只在以方法調(diào)用形式使用時才會被展開，即名稱后加括號，否則會被忽略。當宏名和函數(shù)名重名時，這一策略就會顯得有用了，比如：
extern void foo(void); #define foo() /* optimized inline version */ … foo(); funcptr = foo;
這里 foo() 的調(diào)用會來自宏里面定義的那個函數(shù)，而 funcptr 會正確地指向函數(shù)地址，如果后者也被宏展開，則成了 funptr=foo() 顯然就不對了。
函數(shù)類型的宏在定義時需注意，宏名與后面括號不能有空格，否則就是普通的 Object-like 類型對象。
#define lang_init () c_init() lang_init() // 編譯后： () c_init()()
宏的參數(shù)
函數(shù)類型的宏，可以像正常函數(shù)一樣指定入?yún)?，入?yún)⑿铻槎禾柗指艉戏ǖ?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?/strong>
入?yún)⒅兄恍枰ㄌ枌ΨQ，但不要求方括號或花括號成對出現(xiàn)，所以下面的代碼：
macro (array[x = y, x + 1])
其入?yún)嶋H為 array[x = y 和 x + 1]。
入?yún)⒌恼归_
入?yún)⒈举|(zhì)上也是宏，對象類型的宏，在函數(shù)宏展示時，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)
首先被展開成：
min (((a) < (b) ? (a) : (b)), (c))
然后進一步展開成（此處換行為方便閱讀，實際編譯后沒有）：
((((a) < (b) ? (a) : (b))) < (c) ? (((a) < (b) ? (a) : (b))) : (c))
參數(shù)的缺省
函數(shù)宏在使用時其入?yún)⒖扇笔?，但不能全部缺省，至少提供一個入?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?，是不會被展開的，它就是普通的字符串字面量，這樣的結果是符合預期的。
#define foo(x) x, "x" foo(bar) → bar, "x"
但如果確實想將入?yún)⒄归_成字符串，可在使用入?yún)r，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 在字符串中會被正確展開。What's more, 如果這里的 x 也是宏，那只會在 if 語句中進行展開。
拼接
通過 ## 可將兩個宏展開成一個，即將兩者進行了拼接，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自宏參數(shù)的情況，其他情況，大可直接將兩個宏寫在一起即可，用不著 ## 指令。
考察下面這個場景，其中命令名重復出現(xiàn)：
struct command
{
char *name;
void (*function) (void);
};
struct command commands[] =
{
{ "quit", quit_command },
{ "help", help_command },
…
};
通過定義宏配合拼接，可達到精簡代碼的目的：
#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)類型的宏也可定義接收不定參數(shù)。
#define eprintf(…) fprintf (stderr, __VA_ARGS__)
調(diào)用時，命名參數(shù)后面，包括逗號都會進入到 __VA_ARGS__ 關鍵字當中。但 C++ 中還支持對這些參數(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：
#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__)
預設的宏
標準庫及編譯器中預設了一些有用的宏，可以在這里 查閱。
取消和重置宏
當某個宏不再使用時，可通過 #undef 將取注銷掉。#undef 后緊跟宏名，后面不要跟其他東西，即使是函數(shù)類型的宏。
#define FOO 4 x = FOO; → x = 4; #undef FOO x = FOO; → x = FOO;
兩個宏相似的定義
滿足以下條件時，我們認為兩者是相似的：
- 類型相同，比如同為對象類型，或函數(shù)類型的宏
- 展開后各位置的符號（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>
宏重復定義時的表現(xiàn)
對于使用了 #undef 注銷過的宏，再次定義同名的宏時，要求新定義的宏不與老的相似。
而如果說一個已經(jīng)存在的宏，并沒有注銷，重復定義時，如果相似，則新的定義會忽略，如果不相似，編譯器會報警告同時使用新定義的宏。這允許在多個文件中定義同一個宏。
相關資源
總結
以上就是這篇文章的全部內(nèi)容了，希望本文的內(nèi)容對大家的學習或者工作具有一定的參考學習價值，謝謝大家對腳本之家的支持。
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