C语言深入讲解宏的定义与使用方法

一、C语言中的宏定义

#define是预处理器处理的单元实体之一
#define 定义的宏可以出现在程序的任意位置
#define 定义之后的代码都可以使用这个宏
#define 定义的宏常量可以直接使用
#define 定义的宏常量本质为字面量

下面的宏常量定义正确吗？

编写代码来测试：

#define ERROR -1
#define PATH1 "D:\test\test.c"
#define PATH2 D:\test\test.c
#define PATH3 D:\test\
test.c
 
int main()
{
    int err = ERROR;
    char* p1 = PATH1;
    char* p2 = PATH2;
    char* p3 = PATH3;
}

先使用gcc -E Test.c -o Test.i 进行预编译，预编译没有报错，结果如下：

# 1 "Test.c"
# 1 "<built-in>"
# 1 "<command-line>"
# 1 "Test.c"
 
int main()
{
    int err = -1;
    char* p1 = "D:\test\test.c";
    char* p2 = D:\test\test.c;
    char* p3 = D:\testtest.c;
}

直接进行编译，发现 char* p2 = PATH2; char* p3 = PATH3; 报错

这说明宏定义是正确的，但是编译是过不了的，只是

#define PATH2 D:\test\test.c

#define PATH3 D:\test\

不符合语法规范。

二、宏定义表达式

#define 表达式的使用类似函数调用
#define 表达式可以比函数更强大
#define 表达式比函数更容易出错

强大之处其中之一就是可以求数组的大小，这是不能编写函数办到的。

下面看一段宏表达式的代码：

#include <stdio.h>
 
#define _SUM_(a, b) (a) + (b)
#define _MIN_(a, b) ((a) < (b) ? (a) : (b))
#define _DIM_(a) sizeof(a)/sizeof(*a)
 
int main()
{
    int a = 1;
    int b = 2;
    int c[4] = {0};
 
    int s1 = _SUM_(a, b);
    int s2 = _SUM_(a, b) * _SUM_(a, b);
    int m = _MIN_(a++, b);
    int d = _DIM_(c);
 
    printf("s1 = %d\n", s1);
    printf("s2 = %d\n", s2);
    printf("m = %d\n", m);
    printf("d = %d\n", d);
 
    return 0;
}

下面为输出结果,但是 s2 我们预期的结果应该是 9，m 的值我们预期的结果应该是 1，这是怎么回事呢？

下面进行预编译看看代码到底是怎么运行的,输入 gcc -E Test.c -o Test.i

int main()
{
    int a = 1;
    int b = 2;
    int c[4] = {0};
 
    int s1 = (a) + (b);
    int s2 = (a) + (b) * (a) + (b);
    int m = ((a++) < (b) ? (a++) : (b));
    int d = sizeof(c)/sizeof(*c);
 
    printf("s1 = %d\n", s1);
    printf("s2 = %d\n", s2);
    printf("m = %d\n", m);
    printf("d = %d\n", d);
 
    return 0;
}

通过上面宏定义的替换，我们很容易知道为什么结果跟我们想的不一样。

三、宏表达式与函数的对比

宏表达式被预处理器处理，编译器不知道宏表达式的存在
宏表达式用“实参”完全替代形参，不进行任何运算
宏表达式没有任何的“调用”开销
宏表达式中不能出现递归定义

所以，下面递归定义就是错误的：

四、有趣的问题

宏定义的常量或表达式是否有作用域限制?（没有）

下面看一个宏作用域分析的代码：

#include <stdio.h>
 
void def()
{
    #define PI 3.1415926
    #define AREA(r) r * r * PI
}
 
double area(double r)
{
    return AREA(r);
}
 
int main()
{
    double r = area(5);
 
    printf("PI = %f\n", PI);
    printf("d = 5; a = %f\n", r);
    
    return 0;
}

下面为输出结果：

作用域的概念是针对 C 语言中的变量和函数，不针对宏。宏表达式被预处理器处理，编译器不知道宏表达式的存在。

五、强大的内置宏

宏	含义	示例
_FILE_	被编译的文件名	file1.c
_LINE_	当前行号	25
_DATE_	编译时的日期	Jan 31 2021
_TIME_	编译时的时间	17:01:01
_STDC_	编译器是否遵循标准C规范	1

下面看一个宏使用的综合示例：

#include <stdio.h>
#include <malloc.h>
 
#define MALLOC(type, x) (type*)malloc(sizeof(type)*x)
 
#define FREE(p) (free(p), p=NULL)
 
#define LOG(s) printf("[%s] {%s:%d} %s \n", __DATE__, __FILE__, __LINE__, s)
 
#define FOREACH(i, m) for(i=0; i<m; i++)
#define BEGIN {
#define END   }
 
int main()
{
    int x = 0;
    int* p = MALLOC(int, 5);
    
    LOG("Begin to run main code...");
    
    FOREACH(x, 5)
    BEGIN
        p[x] = x;
    END
    
    FOREACH(x, 5)
    BEGIN
        printf("%d\n", p[x]);
    END
    
    FREE(p);
    
    LOG("End");
    
    return 0;
}

下面为输出结果：

可以看到宏定义是很强大的，可以打印出日期，文件名，行号，不使用宏定义很难实现。

六、小结

预处理器直接对宏进行文本替换
宏使用时的参数不会进行求值和运算
预处理器不会对宏定义进行语法检查
宏定义时出现的语法错误只能被编译器检测
宏定义的效率高于函数调用
宏的使用会带来一定的副作用

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