C/C++:在#define中使用参数

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在#define中使用参数

在#define中使用参数可以创建外形和作用与函数类似的类函数宏。带有
参数的宏看上去很像函数,因为这样的宏也使用圆括号。类函数宏定义的圆
括号中可以有一个或多个参数,随后这些参数出现在替换体中,如图所
示。
C/C++:在#define中使用参数_第1张图片

下面是一个类函数宏的示例:

#define SQUARE(X) X*X

在程序中可以这样用:

z = SQUARE(2);

这看上去像函数调用,但是它的行为和函数调用完全不同。程序示了类函数宏和另一个宏的用法。该示例中有一些陷阱,请仔细阅读。

/* mac_arg.c -- 带参数的宏 */
#include 
#define SQUARE(X) X*X
#define PR(X) printf("The result is %d.\n", X)
int main(void)
{
int x = 5;
int z;
printf("x = %d\n", x);
z = SQUARE(x);
printf("Evaluating SQUARE(x): ");
PR(z);
z = SQUARE(2);
printf("Evaluating SQUARE(2): ");
PR(z);
printf("Evaluating SQUARE(x+2): ");
PR(SQUARE(x + 2));
printf("Evaluating 100/SQUARE(2): ");
PR(100 / SQUARE(2));
printf("x is %d.\n", x);
printf("Evaluating SQUARE(++x): ");
PR(SQUARE(++x));
printf("After incrementing, x is %x.\n", x);
return 0;
}

这里,SQUARE 是宏标识符,SQUARE(X)中的 X 是宏参数,XX 是替
换列表。程序清单 16.2 中出现SQUARE(X)的地方都会被X
X替换。这与前
面的示例不同,使用该宏时,既可以用X,也可以用其他符号。宏定义中的
X由宏调用中的符号代替。因此,SQUARE(2)替换为2*2,X实际上起到参数
的作用。
然而,稍后你将看到,宏参数与函数参数不完全相同。下面是程序的输
出。注意有些内容可能与我们的预期不符。实际上,你的编译器输出甚至与
下面的结果完全不同。

x = 5
Evaluating SQUARE(x): The result is 25.
Evaluating SQUARE(2): The result is 4.
Evaluating SQUARE(x+2): The result is 17.
Evaluating 100/SQUARE(2): The result is 100.
x is 5.
Evaluating SQUARE(++x): The result is 42.
After incrementing, x is 7.

前两行与预期相符,但是接下来的结果有点奇怪。程序中设置x的值为
5,你可能认为SQUARE(x+2)应该是 7*7,即 49。

但是,输出的结果是 17,这不是一个平方值!导致这样结果的原因是,我们前面提到过,预处理器不做计算、不求值,只替换字符序列。预处理器把出现x的地方都替换成x+2。因此,xx变成了x+2x+2。如果x为5,那么该表达式的值为:

5+2*5+2 = 5 + 10 + 2 = 17

该例演示了函数调用和宏调用的重要区别。函数调用在程序运行时把参
数的值传递给函数。宏调用在编译之前把参数记号传递给程序。这两个不同
的过程发生在不同时期。是否可以修改宏定义让SQUARE(x+2)得36?
当然可以,要多加几个圆括号:

#define SQUARE(x) (x)*(x)

现在SQUARE(x+2)变成了(x+2)*(x+2),在替换字符串中使用圆括号就得
到符合预期的乘法运算。

但是,这并未解决所有的问题。下面的输出行:

100/SQUARE(2)

将变成:

100/2*2

根据优先级规则,从左往右对表达式求值:
(100/2)2,即502,得100。把SQUARE(x)定义为下面的形式可以解决这种混乱:

#define SQUARE(x) (x*x)

这样修改定义后得100/(2*2),即100/4,得25。
要处理前面的两种情况,要这样定义:

#define SQUARE(x) ((x)*(x))

因此,必要时要使用足够多的圆括号来确保运算和结合的正确顺序。

尽管如此,这样做还是无法避免程序中最后一种情况的问题。
SQUARE(++x)变成了++x*++x,递增了两次x,一次在乘法运算之前,一次
在乘法运算之后:

++x*++x = 6*7 = 42

由于标准并未对这类运算规定顺序,所以有些编译器得 76。而有些编
译器可能在乘法运算之前已经递增了x,所以7
7得49。在C标准中,对该表
达式求值的这种情况称为未定义行为。无论哪种情况,x的开始值都是5,虽
然从代码上看只递增了一次,但是x的最终值是7。
解决这个问题最简单的方法是,避免用++x 作为宏参数。一般而言,不
要在宏中使用递增或递减运算符。但是,++x可作为函数参数,因为编译器
会对++x求值得5后,再把5传递给函数。

参考资料

《C Primer Plus》

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