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100人浏览 2024-09-15 10:01:26
C语言中用到宏定义的地方很多,如在头文件中为了防止头文件被重复包含,则用到:
#ifndef cTest_Header_h
#define cTest_Header_h
//头文件内容
#endif
在我们常用的 stdio.h 头文件中也可以见到很多宏定义,如:
#define BUFSIZ 1024 //缓冲区大小
#define EOF (-1) //表文件末尾
#ifndef SEEK_SET
#define SEEK_SET 0 //表示文件指针从文件的开头开始
#endif
#ifndef SEEK_CUR
#define SEEK_CUR 1 //表示文件指针从现在的位置开始
#endif
#ifndef SEEK_END
#define SEEK_END 2 //表示文件指针从文件的末尾开始
#endif
从开始写C语言到生成执行程序的流程大致如下(姑且忽略预处理之前的编译器的翻译处理流程等),在进行编译的第一次扫描(词法扫描和语法分析)之前,会有由预处理程序负责完成的预处理工作。
预处理工作是系统引用预处理程序对源程序中的预处理部分做处理,而预处理部分是指以“#”开头的、放在函数之外的、一般放在源文件的前面的预处理命令,如:包括命令 #include,宏命令 #define 等,合理地利用预处理功能可以使得程序更加方便地阅读、修改、移植、调试等,也有利于模块化程序设计。本文主要介绍宏定义的以下几个部分:
1、概念及无参宏
一种最简单的宏的形式如下:
一种最简单的宏的形式如下:
#define 宏名 替换文本
每个#define行(即逻辑行)由三部分组成:第一部分是指令 #define 自身,“#”表示这是一条预处理命令,“define”为宏命令。第二部分为宏(macro),一般为缩略语,其名称(宏名)一般大写,而且不能有空格,遵循C变量命令规则。“替换文本”可以是任意常数、表达式、字符串等。在预处理工作过程中,代码中所有出现的“宏名”,都会被“替换文本”替换。这个替换的过程被称为“宏代换”或“宏展开”(macro expansion)。“宏代换”是由预处理程序自动完成的。在C语言中,“宏”分为两种:无参数 和 有参数。
无参宏是指宏名之后不带参数,上面最简单的宏就是无参宏。
#define M 5 // 宏定义
#define PI 3.14 //宏定义
int a[M]; // 会被替换为: int a[5];
int b = M; // 会被替换为: int b = 5;
printf("PI = %.2f\n", PI); // 输出结果为: PI = 3.14
注意宏不是语句,结尾不需要加“;”,否则会被替换进程序中,如:
#define N 10; // 宏定义
int c[N]; // 会被替换为: int c[10;];
//error:… main.c:133:11: Expected ']'
以上几个宏都是用来代表值,所以被成为类对象宏(object-like macro,还有类函数宏,下面会介绍)。
如果要写宏不止一行,则在结尾加反斜线符号使得多行能连接上,如:
#define HELLO "hello \
the world"
注意第二行要对齐,否则,如:
#define HELLO "hello the wo\
rld"
printf("HELLO is %s\n", HELLO);
//输出结果为: HELLO is hello the wo rld
也就是行与行之间的空格也会被作为替换文本的一部分
而且由这个例子也可以看出:宏名如果出现在源程序中的“”内,则不会被当做宏来进行宏代换。
宏可以嵌套,但不参与运算:
#define M 5 // 宏定义
#define MM M * M // 宏的嵌套
printf("MM = %d\n", MM); // MM 被替换为: MM = M * M, 然后又变成 MM = 5 * 5
宏代换的过程在上句已经结束,实际的 5 * 5 相乘过程则在编译阶段完成,而不是在预处理器工作阶段完成,所以宏不进行运算,它只是按照指令进行文字的替换操作。再强调下,宏进行简单的文本替换,无论替换文本中是常数、表达式或者字符串等,预处理程序都不做任何检查,如果出现错误,只能是被宏代换之后的程序在编译阶段发现。
宏定义必须写在函数之外,其作用域是 #define 开始,到源程序结束。如果要提前结束它的作用域则用 #undef 命令,如:
#define M 5 // 宏定义
printf("M = %d\n", M); // 输出结果为: M = 5
#define M 100 // 取消宏定义
printf("M = %d\n", M); // error:… main.c:138:24: Use of undeclared identifier 'M'
也可以用宏定义表示数据类型,可以使代码简便:
#define STU struct Student // 宏定义STU
struct Student{ // 定义结构体Student
char *name;
int sNo;
};
STU stu = {"Jack", 20}; // 被替换为:struct Student stu = {"Jack", 20};
printf("name: %s, sNo: %d\n", stu.name, stu.sNo);
如果重复定义宏,则不同的编译器采用不同的重定义策略。有的编译器认为这是错误的,有的则只是提示警告。Xcode中采用第二种方式。如:
#define M 5 //宏定义
#define M 100 //重定义,warning:… main.c:26:9: 'M' macro redefined
这些简单的宏主要被用来定义那些显式常量(Manifest Constants)(Stephen Prata,2004),而且会使得程序更加容易修改,特别是某一常量的值在程序中多次被用到的时候,只需要改动一个宏定义,则程序中所有出现该变量的值都可以被改变。而且宏定义还有更多其他优点,如使得程序更容易理解,可以控制条件编译等。
#define 与 #typedef 的区别:
两者都可以用来表示数据类型,如:
#define INT1 int
typedef int INT2;
两者是等效的,调用也一样:
INT1 a1 = 3;
INT2 a2 = 5;
但当如下使用时,问题就来了:
#define INT1 int *
typedef int * INT2;
INT1 a1, b1;
INT2 a2, b2;
b1 = &m; //... main.c:185:8: Incompatible pointer to integer conversion assigning to 'int' from 'int *'; remove &
b2 = &n; // OK
因为 INT1 a1, b1; 被宏代换后为: int * a1, b1;即定义的是一个指向int型变量的指针 a1 和一个int型的变量b1.而INT2 a2, b2;表示定义的是两个变量a2和b2,这两个变量的类型都是INT2的,也就是int *的,所以两个都是指向int型变量的指针。
所以两者区别在于,宏定义只是简单的字符串代换,在预处理阶段完成。而typede不是简单的字符串代换,而是可以用来做类型说明符的重命名的,类型的别名可以具有类型定义说明的功能,在编译阶段完成的。
2、有参宏
C语言中宏是可以有参数的,这样的宏就成了外形与函数相似的类函数宏(function-like macro),如:
宏调用:
宏名(实参表);
printf(“MEAN = %d\n”, MEAN(7, 9)); // 输出结果: MEAN = 8
和函数类似,在宏定义中的参数成为形式参数,在宏调用中的参数成为实际参数。
而且和无参宏不同的一点是,有参宏在调用中,不仅要进行宏展开,而且还要用实参去替换形参。如:
#define M 5 //无参宏
#define COUNT(M) M * M //有参宏
printf("COUNT = %d\n", COUNT(10)); // 替换为: COUNT(10) = 10 * 10
// 输出结果: COUNT = 100
这看上去用法与函数调用类似,但实际上是有很大差别的。如:
#define COUNT(M) M * M //定义有参宏
int x = 6;
printf("COUNT = %d\n", COUNT(x + 1));// 输出结果: COUNT = 13
printf("COUNT = %d\n", COUNT(++x)); // 输出结果: COUNT = 56 //warning:... main.c:161:34: Multiple unsequenced modifications to 'x'
这两个结果和调用函数的方法的结果差别很大,因为如果是像函数那样的话,COUNT(x + 1)应该相当于COUNT(7),结果应该是 7 * 7 = 49,但输出结果却是21。原因在于,预处理器不进行技术,只是进行字符串替换,而且也不会自动加上括号(),所以COUNT(x + 1)被替换为 COUNT(x + 1 * x + 1),代入 x = 6,即为 6 + 1 * 6 + 1 = 13。而解决办法则是:尽量用括号把整个替换文本及其中的每个参数括起来:
#define COUNT(M) ((M) * (M))
但即使用括号,也不能解决上面例子的最后一个情况,COUNT(++x) 被替换为 ++x * ++x,即为 7 * 8 = 56,而不是想要 7 * 7 = 49,解决办法最简单的是:不要在有参宏用使用到“++”、“–”等。
上面说到宏名中不能有空格,宏名与形参表之间也不能有空格,而形参表中形参之间可以出现空格:
#define SUM (a,b) a + b //定义有参宏
printf("SUM = %d\n", SUM(1,2)); //调用有参宏。Build Failed!
因为 SUM 被替换为:(a,b) a + b
如果用函数求一个整数的平方,则是:
int count(int x){
return x * x;
}
所以在宏定义中:#define COUNT(M) M * M 中的形参不分配内存单元,所以不作类型定义。而函数 int count(int x)中形参是局部变量,会在栈区分配内存单元,所以要作类型定义,而且实参与形参之间是“值传递”。而宏只是符号代换,不存在值传递。
宏定义也可以用来定义表达式或者多个语句。如:
#define JI(a,b) a = i + 3; b = j + 5; //宏定义多个语句
int i = 5, j = 10;
int m = 0, n = 0;
JI(m, n); // 宏代换后为: m = i + 3, n = j + 5;
printf("m = %d, n = %d\n", m, n); // 输出结果为: m = 8, n = 15
3、# 运算符
比如如果我们宏定义了:
#define SUM (a,b) ((a) + (b))
我们想要输出“1 + 2 + 3 + 4 = 10”,用以下方式显得比较麻烦,有重复代码,而且中间还有括号:
printf("(%d + %d) + (%d + %d) = %d\n", 1, 2, 3, 4, SUM(1 + 2, 3+ 4));
那么这时可以考虑用 # 运算符来在字符串中包含宏参数,# 运算符的用处就是把语言符号转化为字符串。例如,如果 a 是一个宏的形参,则替换文本中的 #a 则被系统转化为 “a”。而这个转化的过程成为 “字符串化(stringizing)”。用这个方法实现上面的要求:
#define SUM(a,b) printf(#a " + "#b" = %d\n",((a) + (b))) //宏定义,运用 # 运算符
SUM(1 + 2, 3 + 4); //宏调用
//输出结果:1 + 2 + 3 + 4 = 10
调用宏时,用 1 + 2 代替 a,用 3 + 4 代替b,则替换文本为:printf(“1 + 2” ” + ” “3 + 4” ” = %d\n”,((1 + 2) + (3 + 4))),接着字符串连接功能将四个相邻的字符串转换为一个字符串:
"1 + 2 + 3 + 4 = %d\n"
4、## 运算符
和 # 运算符一样,## 运算符也可以用在替换文本中,而它的作用是起到粘合的作用,即将两个语言符号组合成一个语言符号,所以又称为“预处理器的粘合剂(Preprocessor Glue)”。用法:
#define NAME(n) num ## n //宏定义,使用 ## 运算符
int num0 = 10;
printf("num0 = %d\n", NAME(0)); //宏调用
NAME(0)被替换为 num ## 0,被粘合为: num0。
5、可变宏:… 和 __VA_ARGS__
我们经常要输出结果时要多次使用 prinf(“…”, …); 如果用上面例子#define SUM(a,b) printf(#a ” + “#b” = %d\n”,((a) + (b))),则格式比较固定,不能用于输出其他格式。
这时我们可以考虑用可变宏(Variadic Macros)。用法是:
#define PR(...) printf(__VA_ARGS__) //宏定义
PR("hello\n"); //宏调用
//输出结果:hello
在宏定义中,形参列表的最后一个参数为省略号“…”,而“__VA_ARGS__”就可以被用在替换文本中,来表示省略号“…”代表了什么。而上面例子宏代换之后为: printf(“hello\n”);
还有个例子如:
#define PR2(X, ...) printf("Message"#X":"__VA_ARGS__) //宏定义
double msg = 10;
PR2(1, "msg = %.2f\n", msg); //宏调用
//输出结果:Message1:msg = 10.00
在宏调用中,X的值为10,所以 #X 被替换为”1”。宏代换后为:
printf("Message""1"":""msg = %.2f\n", msg);
接着这4个字符串连接成一个:
printf("Message1:msg = %.2f\n", msg);
要注意的是:省略号“…”只能用来替换宏的形参列表中最后一个!