宏定义X-MACRO的高级应用（高阶版）
1. 结构体序列化问题
通常情况下，对于模块或者设备之间通信，往往是以字节流的方式来传输，而模块内部却要将这些字节流按某种数据结构来处理。这就存在，如何将数据结构（结构体）转换（序列化）成字节流，已经如何将字节流转换（反序列化）成数据结构的方法。
这不是很简单么？
tStrcut s;
unsigned char buff[100];
memcpy(buff, &s, sizeof(s)); // serial
memcpy(%s, buff, sizeof(s)); // de-serial
似乎，这也没什么毛病，非要挑毛病，那也只是结构体对齐的一点点问题。对于我们追求卓越的程序猿，还有什么更好的方法呢？
1.1 使用X-MACRO来构建
之前，我们学习了X-MACRO，何不用一下？
首先，我们定义一个宏：
#define EXPAND_STAR \
EXPAND_STAR_MEMBER(x, int) \
EXPAND_STAR_MEMBER(y, int) \
EXPAND_STAR_MEMBER(z, int) \
EXPAND_STAR_MEMBER(radius, double)
然后，在用这个宏定义结构体：
typedef struct
{
#define EXPAND_EXPAND_STAR_MEMBER(member, type) type member;
EXPAND_STAR
#undef EXPAND_EXPAND_STAR_MEMBER
} starStruct;
那么这个序列化和反序列化方法可以这样：
void serialize_star(const starStruct *const star, unsigned char *buffer)
{
#define EXPAND_STAR_MEMBER(member, type) \
memcpy(buffer, &(star->member), sizeof(star->member)); \
buffer += sizeof(star->member);
EXPAND_STAR
#undef EXPAND_STAR_MEMBER
}
void deserialize_star(starStruct *const star, const unsigned char *buffer)
{
#define EXPAND_STAR_MEMBER(member, type) \
memcpy(&(star->member), buffer, sizeof(star->member)); \
buffer += sizeof(star->member);
EXPAND_STAR
#undef EXPAND_STAR_MEMBER
}
如何打印结构体元素呢？元素中有int和double，打印方式是不一样的，于是，我们可以这样做：
#define print_int(val) printf("%d", val)
#define print_double(val) printf("%g", val)
void print_star(const starStruct *const star)
{
/* print_##type will be replaced with print_int or print_double */
#define EXPAND_EXPAND_STAR_MEMBER(member, type) \
printf("%s: ", #member); \
print_##type(star->member); \
printf("\n");
EXPAND_STAR
#undef EXPAND_STAR_MEMBER
}
1.2 用#include来改善
我是不满足于此的，至少，我对宏定义后面的反斜杠\看着不顺眼，总是有种强迫症要把它删掉。仔细想想，宏定义的各种奇技淫巧，实际上有部分内容是可以放在头文件（或者被一个#include）的文件。如以下内容是可以放在一个叫xmacro.def的文件：
// xmacro.def
EXPAND_STAR_MEMBER(x, int)
EXPAND_STAR_MEMBER(y, int)
EXPAND_STAR_MEMBER(z, int)
EXPAND_STAR_MEMBER(radius, double)
#undef EXPAND_STAR_MEMBER
什么？.def后缀也行？如果你真的有这样的疑问，你肯定没认真看我的《基于C99规范，最全C语言预处理知识总结》，不仅可以命名成xmacro.def，我还可以将它命名成xmacro.fxxk你信不信？
好了，在使用这些宏定义的.c文件中，这样用：
typedef struct
{
#define EXPAND_EXPAND_STAR_MEMBER(member, type) type member;
#include "xmacro.def"
} starStruct;
其他的EXPAND_STAR和#undef EXPAND_STAR_MEMBER都可以替换成#include "xmacro.def"。
在这个案例中，这个更改似乎没看出什么好处。别急，后面再举一个例子给你感受下include的威力！
对于序列化的这例子，满意么？No！还有可以优化的地方。
来，从上面的打印元素的函数print_star入手，这次要发挥两个井号##的作用。
#define FORMAT_(type) FORMAT_##type
#define FORMAT_int "%d"
#define FORMAT_double "%g"
void print_star(const starStruct *const star)
{
/* FORMAT_(type) will be replaced with FORMAT_int or FORMAT_double */
#define EXPAND_EXPAND_STAR_MEMBER(member, type) \
printf("%s: " FORMAT_(type) "\n", #member, star->member);
#include "star.def"
}
是不是很好玩？还有呢，继续搞下去。
1.3 用可变参数__VA_ARGS__来改善
你知道宏定义中的不定参数...怎么玩么？
#define EXPAND_STAR \
EXPAND_STAR_MEMBER(x, int) \
EXPAND_STAR_MEMBER(y, int) \
EXPAND_STAR_MEMBER(z, int) \
EXPAND_STAR_MEMBER(radius, double)
可以改成：
#define EXPAND_STAR(_, ...) \
_(x, int, __VA_ARGS__) \
_(y, int, __VA_ARGS__) \
_(z, int, __VA_ARGS__) \
_(radius, double, __VA_ARGS__)
这个__VA_ARGS__就是针对...的，详细使用方法见《基于C99规范，最全C语言预处理知识总结》。
1.4 源码
那么以上的代码可以更改成：
#include 2. EEPROM、FLASH等Memory条目结构化访问
2.1 Memory访问问题
像EEPROM、Flash（包含MCU内部的CodeFlahs、DataFlash，以及专门的外设NorFlash、NandFlash）这样的存储空间，有Block、Section等概念。MCU访问其时，需要按照某种约定去访问，也就是说，不能想在任意一个位置写任意长度的数据。例如，如果DataFlash的一次写单位是8个字节的一个block，那么MCU就必须每次写8字节倍数大小的数据内容，而不能随意写内容到一个block中的特定位置。这些就导致在软件设计上诸多不便。
那么，我们是否有方法，将这些内存空间预先规划好，上层软件通过特定接口访问这些分好区域的空间？
2.2 一般想法
遇到这个问题，通常我们惯性地想，将指定内容到指定地址不就可以了？
以一个block为8字节大小的DataFlash举例，其起始地址为0x00008000。
#define DATA1_ADDR 0x00008000
#define DATA2_ADDR 0x00008008
#define DATA3_ADDR 0x00008010
#define DATA4_ADDR 0x00008020
然后再限定每个数据的长度
#define DATA1_LEN 0x00008000
#define DATA2_LEN 0x00008008
#define DATA3_LEN 0x00008010
#define DATA4_LEN 0x00008020
似乎，这也能玩，但是每次改起来不嫌累么？而且也不好维护啊，换一个IC怎么搞？
2.3 使用X-MACRO
按照上面的结构体系列化例子的方法，我们尝试使用X-MACRO将Memory结构化。
以下是一些设想：
- 将Memory的物理地址映射到自定义逻辑地址
- 逻辑地址按Memory的Block对齐，逻辑地址从0开始
- 用户数据按逻辑地址分配
- 应用接口按实际内容大小操作
- 底层接口根据逻辑地址对齐读写Memory
#define ALL_ENTRIES() \
ENTRY(L_ADDR_DATA1, 8) \
ENTRY(L_ADDR_DATA2, 8) \
ENTRY(L_ADDR_DATA3, 16) \
ENTRY(L_ADDR_DATA4, 16)
然后通过ENTRY定义逻辑地址
#define ENTRY(addr, len) addr
再定义长度
#define ENTRY(addr, len) len
呃……好像不对劲，这个逻辑地址还是要人为定义才行。
发散下思维，我们或许可以将ENTRY(addr, len)中的addr定义为enum，当做是条目ID，而逻辑地址通过其他方式实现（结构体？）。
那，我们将上面的内容改一下：
#define ALL_ENTRIES() \
ENTRY(ID_DATA1, 8) \
ENTRY(ID_DATA2, 8) \
ENTRY(ID_DATA3, 16) \
ENTRY(ID_DATA4, 16)
第一步，定义ID
#undef ENTRY
#define ENTRY(id, len) id,
typedef enum
{
ALL_ENTRIES()
MEM_ID_MAX
}MEM_ID;
第二步，定义逻辑地址(定义结构体)
我们可以，用一个结构体来map其内存逻辑地址
#undef ENTRY
#define ENTRY(id, len) unsigned char mem_##id[len],
struct MemAddrAlign
{
ALL_ENTRIES()
};
第三步，定义逻辑地址(定义逻辑地址数组)
再通过结构体的元素offset来取其元素的位置
#define offsetof(s,m) ((int)((char*)&((s*)0)->m))
#undef ENTRY
#define ENTRY(id, len) offsetof(struct MemAddrAlign,mem_##c),
const unsigned int mem_entry_logic_addr[MEM_ID_MAX]=
{
ALL_ENTRIES()
};
第四步，定义数据长度
#undef ENTRY
#define ENTRY(id, len) len,
const unsigned int mem_entry_size[MEM_ID_MAX]=
{
ALL_ENTRIES()
};
最后，我们就可以通过数据块定义的ID（即enum）来对mem_entry_logic_addr和mem_entry_size的取下标访问来操作Memory了。
等等，这里好像还有个问题，ALL_ENTRIES()里面定义的长度不是按block 8字节对齐，怎么办？毕竟每个Entry都要求定义成8字节的倍数，似乎并不友好。
2.4 方法改进
2.5 终极完善
2.6 完整源码
部分内容已省略。
请关注公众号“嵌入式软件实战派”获得完整文章和相关源码。
另见：宏的高级用法——X-MACRO
