C语言-预处理中的宏定义

预处理-宏定义

在C语言程序源码中，凡是以井号（#）开头的语句被称为预处理语句，这些语句严格意义上并不属于C语言语法的范畴，它们在编译的阶段统一由所谓预处理器（cc1）来处理。所谓预处理，顾名思义，指的是真正的C程序编译之前预先进行的一些处理步骤，这些预处理指令包括：

1. 头文件：#include
2. 定义宏：#define
3. 取消宏：#undef
4. 条件编译：#if、#ifdef、#ifndef、#else、#elif、#endif
5. 显示错误：#error
6. 修改当前文件名和行号：#line
7. 向编译器传送特定指令：#progma

• 基本语法
  • 一个逻辑行只能出现一条预处理指令，多个物理行需要用反斜杠连接成一个逻辑行
  • 预处理是整个编译全过程的第一步：预处理 - 编译 - 汇编 - 链接
  • 可以通过如下编译选项来指定来限定编译器只进行预处理操作：

gcc example.c -o example.i -E

1.宏的概念

宏（macro）实际上就是一段特定的字串，在源码中用以替换为指定的表达式。例如：

#define PI 3.14

此处，PI 就是宏（宏一般习惯用大写字母表达，以区分于变量和函数，但这并不是语法规定，只是一种习惯），是一段特定的字串，这个字串在源码中出现时，将被替换为3.14。例如：

int main()
{
    printf("圆周率: %f\n", PI); 
    // 此语句将被替换为：printf("圆周率: %f\n", 3.14);
}

• 宏的作用：
  • 使得程序更具可读性：字串单词一般比纯数字更容易让人理解其含义。
  • 使得程序修改更易行：修改宏定义，即修改了所有该宏替换的表达式。
  • 提高程序的运行效率：程序的执行不再需要函数切换开销，而是就地展开。

2.无参宏

无参宏意味着使用宏的时候，无需指定任何参数，比如：

#define PI          3.14
#define SCREEN_SIZE 800*480*4 
int main()
{
    // 在代码中，可以随时使用以上无参宏，来替代其所代表的表达式：
    printf("圆周率: %f\n", PI); 
    mmap(NULL, SCREEN_SIZE, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, ...);
}

注意到，上述代码中，除了有自定义的宏，还有系统预定义的宏：

// 自定义宏:
#define PI          3.14
#define SCREEN_SIZE 800*480*4 

// 系统预定义宏
#define NULL ((void *)0)
#define PROT_READ	0x1	/* Page can be read.  */
#define PROT_WRITE	0x2	/* Page can be written.  */
#define MAP_SHARED	0x01	/* Share changes.  */

宏的最基本特征是进行直接文本替换，以上代码被替换之后的结果是：

int main()
{
    printf("圆周率: %f\n", 3.14); 
    mmap(((void *)0), 800*480*4, 0x1|0x2, 0x01, ...);
}

3.带参宏

带参宏意味着宏定义可以携带“参数”，从形式上看跟函数很像，例如：

#define MAX(a, b)   a>b ? a : b
#define MIN(a, b)   a<b ? a : b

以上的MAX(a,b) 和 MIN(a,b) 都是带参宏，不管是否带参，宏都遵循最初的规则，即宏是一段待替换的文本，例如在以下代码中，宏在预处理阶段都将被替换掉：

int main()
{
    int x = 100, y = 200;
    printf("最大值:%d\n", MAX(x, y));
    printf("最小值:%d\n", MIN(x, y));
    // 以上代码等价于:
    // printf("最大值:%d\n", x>y ? x : y);
    // printf("最小值:%d\n", x
}

• 带参宏的特点：
  1. 直接文本替换，不做任何语法判断，更不做任何中间运算。
  2. 宏在编译的第一个阶段就被替换掉，运行中不存在宏。
  3. 宏将在所有出现它的地方展开，这一方面浪费了内存空间，另一方面有节约了切换时间。

4.带参宏的副作用

由于宏仅仅做文本替换，中间不涉及任何语法检查、类型匹配、数值运算，因此用起来相对函数要麻烦很多。例如：

#define MAX(a, b) a>b ? a : b

int main()
{
    int x = 100, y = 200;
    printf("最大值:%d\n", MAX(x, y==200?888:999));
}

直观上看，无论 y 的取值是多少，表达式 y==200?888:999 的值一定比 x 要大，但由于宏定义仅仅是文本替换，中间不涉及任何运算，因此等价于：

printf("最大值:%d\n", x>y==200?888:999 ? x : y==200?888:999);

可见，带参宏的参数不能像函数参数那样视为一个整体，整个宏定义也不能视为一个单一的数据，事实上，不管是宏参数还是宏本身，都应被视为一个字串，或者一个表达式，或者一段文本，因此最基本的原则是：

• 将宏定义中所有能用括号括起来的部分，都括起来，比如：

#define MAX(a, b) ((a)>(b) ? (a) : (b))

5.宏定义中的符号粘贴

有些时候，宏参数中的符号并非用来传递数据，而是用来形成多种不同的字串，例如在某些系统函数中，系统本身规范了函数接口的部分标准，形如：

void __zinitcall_service_1(void)
{
    ...
}

void __zinitcall_service_2(void)
{
    ...
}

void __zinitcall_feature_1(void)
{
    ...
}

void __zinitcall_feature_2(void)
{
    ...
}

此时，若需要向用户提供一个方便整合字串的宏定义，可以这么写：

#define LAYER_INITCALL(num, layer)  __zinitcall_##layer##_##num

用户的调用如下：

LAYER_INITCALL(service, 1);
LAYER_INITCALL(service, 2);
LAYER_INITCALL(feature, 1);
LAYER_INITCALL(feature, 2);

注意：
在书写非字符串的字串时（如上述例子），使用两边双井号来粘贴字串，并且要注意如果字串出现在最末尾，则最后的双井号必须去除，例如上述代码不可写成：

#define LAYER_INITCALL(num, layer)  __zinitcall_##layer##_##num##

但如果粘贴的字串并非出现在最末尾，则前后都必须加上双井号：

#define LAYER_INITCALL(num, layer)  __zinitcall_##layer##_##num##end

注意：
另外，如果字串本身拼接为字符串，那么只需要使用一个井号即可，比如：

#define domainName(a, b) "www." #a "." #b ".com"

int main()
{
    printf("%s\n", domainName(yuecdqifan, lab));
}

执行打印如下：

gec@ubuntu:~$ ./a.out
www.yuecdqifan.lab.com
gec@ubuntu:~$