C语言——宏定义
一.预处理
编译一个C语言程序的第一步骤就是预处理阶段，这一阶段就是宏发挥作用的阶段。C预处理器在源代码编译之前对其进行一些文本性质的操作，主要任务包括删除注释、插入被#include进来的文件内容、定义和替换由#define 定义的符号以及确定代码部分内容是否根据条件编译（#if )来进行编译。”文本性质”的操作，就是指一段文本替换成另外一段文本，而不考虑其中任何的语义内容。宏仅仅是在C预处理阶段的一种文本替换工具，编译完之后对二进制代码不可见
二.宏定义用法
①宏常量
我们最常使用到的#define的用法就是用#define来定义一个符号常量，而要修改时,只需修改#define这条语句就行了,不必每处代码都修改
例:
#include"stdio.h"
#define PI 3.14
#define STR "圆周率约等于"
int main()
{
printf("%s %f",STR,PI); //预处理时会被替换为 printf("%s %f","圆周率约等于",3.14);
return 0;
}
运行结果:
②宏语句
我们还可以用宏定义一条或多条语句
例:
#include"stdio.h"
#define Print printf("hello world!")
int main()
{
Print; //预处理时会被替换为 printf("hello world!");
return 0;
}
操作结果:
③宏函数
我还可以用宏来定义函数,因为宏定义也可以带参数
例:
#include"stdio.h"
#define Print(str) printf("%s",str)
int main()
{
Print("这是一个只有一条语句的宏函数!");
//预处理时会被替换为 printf("%s","这是一个只有一条语句的宏函数!")
return 0;
}
④其它
1.#undef 是用来撤销宏定义的，用法如下：
#define PI 3.141592654
...
// code
#undef PI
//下面开始 PI 就失效了
2.使用ifndef防止头文件被重复包含和编译
这是宏定义的一种，它可以根据是否已经定义了一个变量来进行分支选择，一般用于调试等等.实际上确切的说这应该是预处理功能中三种（宏定义，文件包含和条件编译）中的一种----条件编译。 C语言在对程序进行编译时，会先根据预处理命令进行“预处理”。C语言编译系统包括预处理，编译和链接等部分。
#ifndef x //先测试x是否被宏定义过
#define x //如果没有宏定义下面就宏定义x并编译下面的语句
...
...
...
#endif //如果已经定义了则编译#endif后面的语句
条件指示符#ifndef检查预编译常量在前面是否已经被宏定义。如果在前面没有被宏定义,则条件指示符的值为真，于是从#ifndef到#endif之间的所有语句都被包含进来进行编译处理。相反，如果#ifndef指示符的值为假，则它与#endif指示符之间的行将被忽略。条件指示符#ifndef 的最主要目的是防止头文件的重复包含和编译。
千万不要忽略了头件的中的#ifndef，这是一个很关键的东西。比如你有两个C文件，这两个C文件都include了同一个头文件。而编译时，这两个C文件要一同编译成一个可运行文件，于是问题来了，大量的声明冲突。
所以还是把头文件的内容都放在#ifndef和#endif中吧。不管你的头文件会不会被多个文件引用，你都要加上这个。一般格式是这样的：
#ifndef <标识>
#define <标识>
......
#endif
<标识>在理论上来说可以是自由命名的，但每个头文件的这个“标识”都应该是唯一的。标识的命名规则一般是头文件名全大写，前后加下划线，并把文件名中的“.”也变成下划线，如：stdio.h
#ifndef _STDIO_H_
#define STDIO_H
...
#endif
#ifndef xxx //如果没有定义xxx
#define xxx //定义xxx
#endif //结束如果
这个用法主要是在头文件中，主要是为了防止类重复的include，所以在类的头文件之前加上前面两个，用类名替代xxx，在最后加上最后一句
三.宏定义相关作用符
①换行符 "\n"
我们定义宏语句或者宏函数时不可能总是一条语句呀,那要是有很多条语句时怎么办?都写在一行吗?这样显然代码就不美观,可读性不好,所以有多条语句时,我们就在每行末尾(除了最后一行)加上"\n",代表换行的意思
例:
#include"stdio.h"
#define Print printf("这是第1条语句\n");
printf("这是第2条语句\n");
printf("这是第3条语句\n")
#define Show(str1,str2,str3)
{
printf(“%s\n”,str1);
printf(“%s\n”,str2);
printf(“%s\n”,str3);
}
int main()
{
Print; //无参数宏函数
Show(“first”,“second”,“third”); //带参数宏函数
return 0;
}
操作结果:
②字符串化符 "#"
"#"是“字符串化”的意思，将出现在宏定义中的#是把跟在后面的参数转换成一个字符串。
例:
#include"stdio.h"
#define Print(str)
{
printf(#str"的值是%d",str);
}
int main()
{
int x=3,y=4;
Print(x+y); //此处等价于printf("x+y""的值是%d",x+y);
//#str等价于"x+y",所以#str不需要再用双引号引起来
return 0;
}
操作结果:
③片段连接符"##"
“##”是一种分隔连接方式，它的作用是先分隔，然后进行强制连接。在普通的宏定义中，预处理器一般把空格解释成分段标志，对于每一段和前面比较，相同的就被替换。但是这样做的结果是，被替换段之间存在一些空格。如果我们不希望出现这些空格，就可以通过添加一些##来替代空格。
例:
#include"stdio.h"
#define Add(n,value)
{
num##n+=value;
}
int main()
{
int num1=1;
int num2=10;
Add(2,10); //等价于num2+=10; 这里把num和2连接成了num2
printf(" num1=%d\n num2=%d",num1,num2);
return 0;
}
四.宏函数的巧用
①类型传递
我们知道函数虽然可以传递参数,但是却不能把类型作为参数传递,有时我们为了实现函数的复用性,就要使用STL模板,但是我们这个时候还有另外一种选择,就是写成宏函数
例:
一个开辟内存的函数
#define Malloc(type,size) (type*)malloc(sizeof(type)*size)
这个时候,我们只有把类型,容量作为参数传递进行,就可以开辟各种类型的内存了
int *p=Malloc(int,100); //开辟int类型的内存
char *q=Malloc(char,100); //开辟字符类型的内存
②传递数组
由数组作为函数参数传递时,会失去其数组特性,也就是无法使用sizeof()函数计算出数组的大小,比如我们写一个排序函数,排序时我们不仅需要知道数组的首地址,还需要知道数组的大小,但是仅仅把数组名作为参数传递时,无法得知其数组大小,这时我们的函数就需要传递第二个参数,也就是数组的大小,于是函数就要写成Sort(int *a,int size).但宏函数就可以解决这个问题
例:
下面用宏函数写一个插入排序算法
#include"stdio.h"
#define InsertSort(list)
{
int s=sizeof(list)/4;
int i,j;
for(i=2;i<=s;i++)
{
list[0]=list[i];
for(j=i-1;list[j]>list[0];j--)
list[j+1]=list[j];
list[j+1]=list[0];
}
}
int main()
{
int num[]={0,2,5,7,3,1,8,0,8,22,57,56,74,18,99,34,31,55,41,12,9,4};
InsertSort(num);
for(int i=1;i<sizeof(num)/4;i++)
printf("%d ",num[i]);
return 0;
}
操作结果:
当然还有很多宏定义的巧妙用法,这里就不全部列举了
五.注意事项
① 运算符优先级问题
#define MULTIPLY(x, y) x * y
这是一个很简单的乘法函数,当计算MULTIPLY(10, 10),结果是100,这个大家都知道,但是当你计算MULTIPLY(5+5, 10)时,你以为结果还是100吗?当然不是,MULTIPLY(5+5, 10)=5+5*10=55,所以结果是55,所以我们写宏函数时要特别注意运算符的优先级,这里稳妥一点的写法应该这样写
#define MULTIPLY(x, y) ((x)*(y))
②宏参数重复调用
#define MAX(a,b) ((a)>(b)?(a):(b))
int a=0;
int b =1;
int c =MAX(++a,++b);
这里很多人都以为是c=MAX(1,2)=2;而实际上上面代码等价于
int c =((++a)>(++b)?(++a):(++b));
可以看到实际上a b都各自加了两次,所以c=1>2?2:3=3,所以结果是3
③分号吞噬问题
#include"stdio.h"
#define FUN(n)
{
while(n>0)
{
if(n==3)
break;
}
}
int main()
{
int num=10;
if(num>0)
FUN(num);
else
num=-num;
return 0;
}
看似代码没有问题,但是一编译就报错,编译器显示"error: ‘else’ without a previous ‘if’",原来是因为FUN函数是一个代码块,然后if(num>0) FUN(num); 就等价于if(num>0) {…}; 这不就是在大括号后面打分号了吗?这样else当然就缺少if了
这个时候我们可以用do{…}while(0)来解决这个问题,写成如下就没问题了,因为while()后面正好需要一个分号
#define FUN(n)
do
{
while(n>0)
{
if(n==3)
break;
}
}while(0)
④递归调用问题
#define NUM (4 + NUM)
按前面的理解，(4 + NUM)会展开成(4 + (4 + NUM))，然后一直展开下去，直至内存耗尽。但是，预处理器采取的策略是只展开一次。也就是说，NUM只会展开成(4 + NUM)，而展开之后NUM的含义就要根据上下文来确定了。
⑤宏参数预处理
宏参数中若包含另外的宏，那么宏参数在被代入到宏体之前会做一次完全的展开，除非宏体中含有#或##。
有如下宏定义：
#define A(y) X_##y
#define B(y) A(y)
#define SIZE 1024
#define S SIZE
A(S)会被展开成X_S。因为宏体中含有##，宏参数直接代入宏体。
B(S)会被展开成X_1024。因为B(S)的宏体是A(S)，并没有#或##，所以S在代入前会被完全展开成1024，然后才代入宏体，变成X_1024。