21_宏定义的使用与分析
关键词：定义宏常量、宏定义的表达式、宏表达式与函数的对比、强大的内置宏
0. 对于宏的第一印象：
1）可以定义一个常量，如：
#define PI 3.14159
2） 可以定义一个代码块，将宏作为函数使用，如：
# include <stdio.h>
// 此处将交换两个变量的函数用宏来定义
#define SWAP(a, b) \
{ \
int temp = a; \
a = b; \
b = temp; \
}
int main()
{
int a = 1;
int b = 2;
printf("a = %d\n", a);
printf("b = %d\n", b);
SWAP(a,b);
printf("a = %d\n", a);
printf("b = %d\n", b);
return 0;
}
1. 思考问题：
1） 宏定义的常量和const定义的常量有什么区别？
2） 宏代码块和真正的函数有什么区别？
2. C语言中的宏定义：
1）#define是预处理器处理的单元实体之一；
2）#define定义的宏可以出现在程序的任意位置；
3）#define定义之后的代码都可以使用这个宏。
3. 定义宏常量
1）#define定义的宏常量可以直接使用；
2）#define定义的宏常量本质为字面量，因此不需要占用任何内存。
const 定义的常量本质还是变量，需要占用内存；宏常量的本质是常量，不需要占用内存。
3） 作业：下面的宏常量定义正确吗？
(1) # define ERROR -1
(2) # define PATH1 "D:\test\test.c"
(3) # define PATH2 D:\test\test.c
(4) # define PATH3 D:\test\
test.c
验证代码：
#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* path1 = PATH1;
char* path2 = PATH2;
char* path3 = PATH3;
return 0;
}
由于宏被预处理器所处理，因此需要通过单步编译，查看预处理器后的.i文件。
输入代码.png
1.i 文件的输出结果：
# 1 "1.c"
# 1 "<built-in>"
# 1 "<command-line>"
# 1 "/usr/include/stdc-predef.h" 1 3 4
# 1 "<command-line>" 2
# 1 "1.c"
int main()
{
int err = -1;
char* path1 = "D:\test\test.c";
char* path2 = D:\test\test.c;
char* path3 = D:\testtest.c;
return 0;
}
总结：预处理器直接进行文本替换，不做语法检查，它只将宏做了文本替换，没有进行语法检查。当预处理完之后，编译过程编译器才对语法做检查。
4. 宏定义的表达式
1） #define表达式的使用类似函数调用；
2）#define表达式可以比函数更强大；
3）#define表达式比函数表达式更容易出错。
判断下面的红表达式定义正确吗？
(1) #define _SUM_(a, b) (a) + (b)
(2) #define _MIN_(a, b) ((a) < (b) ? (a) : (b))
(3) #define _DIM_(a) sizeof(a)/sizeof(*a)
测试代码：
//#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;
}
查看预处理后的结果，通过单步编译得到2.i文件：
# 1 "2.c"
# 1 "<built-in>"
# 1 "<command-line>"
# 1 "/usr/include/stdc-predef.h" 1 3 4
# 1 "<command-line>" 2
# 1 "2.c"
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;
}
分析代码可知： s2和m的结果和我们预期的结果不一致。
总结：宏被预处理器所处理，预处理器直接进行文本替换，不做语法检查，得到的中间结果可能会在语义上发生变换，如上述实例中的s2。这就类似与我们的预编译器是一个传话筒，它将我们编写的源代码传递给真正进行语法和语义分析的编译器，而在传递过程中有可能产生歧义。这就是宏的副作用。
5. 宏表达式与函数的对比
1） 宏表达式被预处理器处理，编译器不知道宏表达式的存在；
2） 宏表达式用“实参”完全替代形参，不进行任何运算；
3） 宏表达式没有任何的“调用”开销；
4） 宏表达式中不能出现递归的定义。
问题：宏定义的常量或表达式是否有作用域的限制？
void def()
{
#define PI 3.14159
#define AREA(r) (r*r*PI)
}
double area(int r)
{
return AREA(r);
}
int main()
{
int r = 3;
area(3);
return 0;
}
单步编译后的结果：
# 1 "3.c"
# 1 "<built-in>"
# 1 "<command-line>"
# 1 "/usr/include/stdc-predef.h" 1 3 4
# 1 "<command-line>" 2
# 1 "3.c"
void def()
{
}
double area(int r)
{
return (r*r*3.14159);
}
int main()
{
int r = 3;
area(3);
return 0;
}
总结：宏的定义是没有作用域的限制的，定义完宏之后，后面的代码是可以直接使用的。作用域的概念是针对变量和函数的，不针对宏， 因为宏是被预处理器所处理，编译器跟不知道宏的存在，所以编译器不能将作用域的概念应用于像宏这样的标识符。
6. 强大的内置宏
内置宏.png
示例代码：
//#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) // 通过log打印出 日期、 文件、行号信息
#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;
}
预处理后的结果：
# 1 "4.c"
# 1 "<built-in>"
# 1 "<command-line>"
# 1 "/usr/include/stdc-predef.h" 1 3 4
# 1 "<command-line>" 2
# 1 "4.c"
# 15 "4.c"
int main()
{
int x = 0;
int* p = (int*)malloc(sizeof(int)*5);
printf("[%s] {%s: %d} %s \n", "Dec 3 2017", "4.c", 20, "Begin to run main code ..."); // 预处理后日期、文件名和行号为当前的时间、当前的文件名和当前的行号。
for(x=0;x<5;x++)
{
p[x] = x;
}
for(x=0;x<5;x++)
{
printf("%d\n", p[x]);
}
(free(p), p=NULL);
printf("[%s] {%s: %d} %s \n", "Dec 3 2017", "4.c", 34, "End");
return 0;
}
7. 小结
1） 预处理器直接对宏进行文本替换
2） 宏使用时的参数不会进行求值和运算
3） 预处理器不会对宏定义进行语法检查
4） 宏定义是出现的语法错误只能被编译器检测
5） 宏定义的效率高于函数调用
6） 宏的使用会带来一定的副作用
声明：此文章为本人在学习狄泰软件学院《C语言深度解析》所做的笔记，文章中包含狄泰软件资料内容一切版权归狄泰软件所有！
