C語言深入講解宏的定義與使用方法

更新時間：2022年04月19日 11:42:15 作者：清風(fēng)自在流水潺潺

在 C 語言中，可以采用命令 #define 來定義宏。該命令允許把一個名稱指定成任何所需的文本，例如一個常量值或者一條語句。在定義了宏之后，無論宏名稱出現(xiàn)在源代碼的何處，預(yù)處理器都會把它用定義時指定的文本替換掉

一、C語言中的宏定義

#define是預(yù)處理器處理的單元實體之一
#define 定義的宏可以出現(xiàn)在程序的任意位置
#define 定義之后的代碼都可以使用這個宏
#define 定義的宏常量可以直接使用
#define 定義的宏常量本質(zhì)為字面量

下面的宏常量定義正確嗎？

編寫代碼來測試：

#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 進(jìn)行預(yù)編譯，預(yù)編譯沒有報錯，結(jié)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;
}

直接進(jìn)行編譯，發(fā)現(xiàn) char* p2 = PATH2; char* p3 = PATH3; 報錯

這說明宏定義是正確的，但是編譯是過不了的，只是

#define PATH2 D:\test\test.c

#define PATH3 D:\test\

不符合語法規(guī)范。

二、宏定義表達(dá)式

#define 表達(dá)式的使用類似函數(shù)調(diào)用
#define 表達(dá)式可以比函數(shù)更強(qiáng)大
#define 表達(dá)式比函數(shù)更容易出錯

強(qiáng)大之處其中之一就是可以求數(shù)組的大小，這是不能編寫函數(shù)辦到的。

下面看一段宏表達(dá)式的代碼：

#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;
}

下面為輸出結(jié)果,但是 s2 我們預(yù)期的結(jié)果應(yīng)該是 9，m 的值我們預(yù)期的結(jié)果應(yīng)該是 1，這是怎么回事呢？

下面進(jìn)行預(yù)編譯看看代碼到底是怎么運行的,輸入 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;
}

通過上面宏定義的替換，我們很容易知道為什么結(jié)果跟我們想的不一樣。

三、宏表達(dá)式與函數(shù)的對比

宏表達(dá)式被預(yù)處理器處理，編譯器不知道宏表達(dá)式的存在
宏表達(dá)式用“實參”完全替代形參，不進(jìn)行任何運算
宏表達(dá)式?jīng)]有任何的“調(diào)用”開銷
宏表達(dá)式中不能出現(xiàn)遞歸定義

所以，下面遞歸定義就是錯誤的：

四、有趣的問題

宏定義的常量或表達(dá)式是否有作用域限制?（沒有）

下面看一個宏作用域分析的代碼：

#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;
}

下面為輸出結(jié)果：

作用域的概念是針對 C 語言中的變量和函數(shù)，不針對宏。宏表達(dá)式被預(yù)處理器處理，編譯器不知道宏表達(dá)式的存在。

五、強(qiáng)大的內(nèi)置宏

宏	含義	示例
_FILE_	被編譯的文件名	file1.c
_LINE_	當(dāng)前行號	25
_DATE_	編譯時的日期	Jan 31 2021
_TIME_	編譯時的時間	17:01:01
_STDC_	編譯器是否遵循標(biāo)準(zhǔn)C規(guī)范	1

下面看一個宏使用的綜合示例：

#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;
}

下面為輸出結(jié)果：