轉 C++宏定義詳解

來自：傳送門

?C++宏定義詳解

一、#define的基本用法


??? #define是C語言中提供的宏定義命令，其主要目的是為程序員在編程時提供一定的方便，并能在一定程度上提高程序的運行效率，但學生在學習時往往不能 理解該命令的本質，總是在此處產生一些困惑，在編程時誤用該命令，使得程序的運行與預期的目的不一致，或者在讀別人寫的程序時，把運行結果理解錯誤，這對 C語言的學習很不利。


1　#define命令剖析


1.1?? #define的概念


??? #define命令是C語言中的一個宏定義命令，它用來將一個標識符定義為一個字符串，該標識符被稱為宏名，被定義的字符串稱為替換文本。
該命令有兩種格式：一種是簡單的宏定義，另一種是帶參數的宏定義。


(1)簡單的宏定義：

  1. #define?<宏名>　　<字符串>
  2. 例：?#define?PI 3.1415926

(2) 帶參數的宏定義
?

  1. #define?<宏名>?(<參數表>)?<宏體>
  2. 例：?#define?A(x)?x

??? 一個標識符被宏定義后，該標識符便是一個宏名。這時，在程序中出現的是宏名，在該程序被編譯前，先將宏名用被定義的字符串替換，這稱為宏替換，替換后才進行編譯，宏替換是簡單的替換。


1.2 宏替換發生的時機


??? 為了能夠真正理解#define的作用，讓我們來了解一下對C語言源程序的處理過程。當我們在一個集成的開發環境如Turbo C中將編寫好的源程序進行編譯時，實際經過了預處理、編譯、匯編和連接幾個過程。其中預處理器產生編譯器的輸出，它實現以下的功能：
（1）文件包含
??? 可以把源程序中的#include 擴展為文件正文，即把包含的.h文件找到并展開到#include 所在處。
（2）條件編譯
??? 預處理器根據#if和#ifdef等編譯命令及其后的條件，將源程序中的某部分包含進來或排除在外，通常把排除在外的語句轉換成空行。
（3）宏展開
??? 預處理器將源程序文件中出現的對宏的引用展開成相應的宏 定義，即本文所說的#define的功能，由預處理器來完成。
??? 經過預處理器處理的源程序與之前的源程序有所有不同，在這個階段所進行的工作只是純粹的替換與展開，沒有任何計算功能，所以在學習#define命令時只要能真正理解這一點，這樣才不會對此命令引起誤解并誤用。


2　#define使用中的常見問題解析


2.1 簡單宏定義使用中出現的問題
????在簡單宏定義的使用中，當替換文本所表示的字符串為一個表達式時，容易引起誤解和誤用。如下例：

  1. 例1?#define?N 2+2
  2. void?main()
  3. {
  4. ???int?a=N*N;
  5. ???printf(“%d”,a);
  6. }

????(1) 出現問題：

?

??? 在此程序中存在著宏定義命令，宏N代表的字符串是2+2，在程序中有對宏N的使用，一般同學在讀該程序時，容易產生的問題是先求解N為2＋2＝4，然后在程序中計算a時使用乘法，即N*N=4*4=16,其實該題的結果為8，為什么結果有這么大的偏差?


????(2) 問題解析：

?

??? 如1節所述，宏展開是在預處理階段完成的，這個階段把替換文本只是看作一個字符串，并不會有任何的計算發生，在展開時是在宏N出現的地方 只是簡單地使用串2＋2來代替N，并不會增添任何的符號，所以對該程序展開后的結果是a=2+2*2+2，計算后=8，這就是宏替換的實質，如何寫程序才能完成結果為16的運算呢？


????(3)解決辦法：

?

  1. /*將宏定義寫成如下形式*/
  2. #define?N?(2+2)
  3. /*這樣就可替換成(2+2)*(2+2)=16*/


2.2 帶參數的宏定義出現的問題


??? 在帶參數的宏定義的使用中，極易引起誤解。例如我們需要做個宏替換能求任何數的平方，這就需要使用參數，以便在程序中用實際參數來替換宏定義中的參數。一般學生容易寫成如下形式：

  1. #define?area(x)?x*x
  2. /*這在使用中是很容易出現問題的，看如下的程序*/
  3. ?
  4. void?main()
  5. {
  6. ????int?y?=?area(2+2);
  7. ????printf(“%d”,y);
  8. }

??? 按理說給的參數是2+2，所得的結果應該為4*4=16，但是錯了，因為該程序的實際結果為8，仍然是沒能遵循純粹的簡單替換的規則，又是先計算再替換 了，在這道程序里，2+2即為area宏中的參數，應該由它來替換宏定義中的x，即替換成2+2*2+2=8了。那如果遵循(1)中的解決辦法，把2+2 括起來，即把宏體中的x括起來，是否可以呢？#define?area(x) (x)*(x)，對于area(2+2)，替換為(2+2)*(2+2)=16，可以解決，但是對于area(2+2)/area(2+2)又會怎么樣呢，有的學生一看到這道題馬上給出結果，因為分子分母一樣，又錯了，還是忘了遵循先替換再計算的規則了，這道題替換后會變為 (2+2)*(2+2)/(2+2)*(2+2)即4*4/4*4按照乘除運算規則，結果為16/4*4=4*4=16，那應該怎么呢？解決方法是在整個宏體上再加一個括號，即#define?? area(x) ((x)*(x))，不要覺得這沒必要，沒有它，是不行的。
??? 要想能夠真正使用好宏定義，那么在讀別人的程序時，一定要記住先將程序中對宏的使用全部替換成它所代表的字符串，不要自作主張地添加任何其他符號，完全展開后再進行相應的計算，就不會寫錯運行結果。

????如果是自己編程使用宏替換，則在使用簡單宏定義時，當字符串中不只一個符號時，加上括號表現出優先級，如果是帶參數的宏定義，則要給宏體中的每個參數加上括號，并在整個宏體上再加一個括號。看到這里，不禁要問，用宏定義這么麻煩，這么容易出錯，可不可以摒棄它， 那讓我們來看一下在C語言中用宏定義的好處吧。

如：

  1. #include?<iostream.h>
  2. #define product(x)????x*x
  3. int?main()
  4. {
  5. ????int?i=3;
  6. ????int?j,k;
  7. ????j?=?product(i++);
  8. ????cout<<"j="<<j<<endl;
  9. ????cout<<"i="<<i<<endl;
  10. ????k?=?product(++i);
  11. ????cout<<"k="<<k<<endl;
  12. ????cout<<"i="<<i<<endl;
  13. ????return 0;
  14. }

依次輸出結果：

j=9;i=5;k=49;i=7



3?宏定義的優點


(1)?? 方便程序的修改


??? 使用簡單宏定義可用宏代替一個在程序中經常使用的常量，這樣在將該常量改變時，不用對整個程序進行修改，只修改宏定義的字符串即可，而且當常量比較長時， 我們可以用較短的有意義的標識符來寫程序，這樣更方便一些。我們所說的常量改變不是在程序運行期間改變，而是在編程期間的修改，舉一個大家比較熟悉的例子，圓周率π是在數學上常用的一個值，有時我們會用3.14來表示，有時也會用3.1415926等，這要看計算所需要的精度，如果我們編制的一個程序中 要多次使用它，那么需要確定一個數值，在本次運行中不改變，但也許后來發現程序所表現的精度有變化，需要改變它的值， 這就需要修改程序中所有的相關數值，這會給我們帶來一定的不便，但如果使用宏定義，使用一個標識符來代替，則在修改時只修改宏定義即可，還可以減少輸入 3.1415926這樣長的數值多次的情況，我們可以如此定義 #define?? pi?? 3.1415926，既減少了輸入又便于修改，何樂而不為呢？


(2) 提高程序的運行效率


??? 使用帶參數的宏定義可完成函數調用的功能，又能減少系統開銷，提高運行效率。正如C語言中所講，函數的使用可以使程序更加模塊化，便于組織，而且可重復利用，但在發生函數調用時，需要保留調用函數的現場，以便子 函數執行結束后能返回繼續執行，同樣在子函數執行完后要恢復調用函數的現場，這都需要一定的時間，如果子函數執行的操作比較多，這種轉換時間開銷可以忽 略，但如果子函數完成的功能比較少，甚至于只完成一點操作，如一個乘法語句的操作，則這部分轉換開銷就相對較大了，但使用帶參數的宏定義就不會出現這個問 題，因為它是在預處理階段即進行了宏展開，在執行時不需要轉換，即在當地執行。宏定義可完成簡單的操作，但復雜的操作還是要由函數調用來完成，而且宏定義所占用的目標代碼空間相對較大。所以在使用時要依據具體情況來決定是否使用宏定義。

4 結語


??? 本文對C語言中宏定義#define在使用時容易出現的問題進行了解析，并從C源程序處理過程的角度對#define的處理進行了分析，也對它的優點進行 了闡述。只要能夠理解宏展開的規則，掌握使用宏定義時，是在預處理階段對源程序進行替換，只是用對應的字符串替換程序中出現的宏名，這樣就可在正確使用的 基礎上充分享受使用宏定義帶來的方便和效率了

二、define中的三個特殊符號：#，##，#@

?

  1. #define?Conn(x,y)?x##y
  2. #define?ToChar(x)?#@x
  3. #define?ToString(x)?#x

(1)x##y表示什么？表示x連接y，舉例說：

  1. int?n?=?Conn(123,456);?/* 結果就是n=123456;*/
  2. char*?str?=?Conn("asdf",?"adf");?/*結果就是 str = "asdfadf";*/

（2）再來看#@x，其實就是給x加上單引號，結果返回是一個const char。舉例說：

char a = ToChar(1);結果就是a='1';
做個越界試驗char a = ToChar(123);結果就錯了;
但是如果你的參數超過四個字符，編譯器就給給你報錯了！

error C2015: too many characters in constant?? ：P

(3）最后看看#x,估計你也明白了，他是給x加雙引號

char* str = ToString(123132);就成了str="123132";

三、常用的一些宏定義


1 防止一個頭文件被重復包含?

  1. #ifndef?BODYDEF_H?
  2. #define?BODYDEF_H?
  3. ?//頭文件內容?
  4. ?
  5. #endif

?

2 得到指定地址上的一個字節或字

?

  1. #define?MEM_B(?x?)?(?*(?(byte?*)?(x)?)?)?
  2. #define?MEM_W(?x?)?(?*(?(word?*)?(x)?)?)

用法如下：

  1. #include?<iostream>
  2. #include?<windows.h>
  3. ?
  4. #define?MEM_B(x)?(*((byte*)(x)))
  5. #define?MEM_W(x)?(*((WORD*)(x)))
  6. ?
  7. int?main()
  8. {
  9. ????int?bTest?=?0x123456;
  10. ?
  11. ????byte m?=?MEM_B((&bTest));/*m=0x56*/
  12. ????int?n?=?MEM_W((&bTest));/*n=0x3456*/
  13. ?
  14. ????return?0;
  15. }


3 得到一個field在結構體(struct)中的偏移量


?

  1. #define?OFFSETOF(?type,?field?)?(?(size_t)?&((?type?*)?0)->?field?)

????請參考文章：詳解寫宏定義：得到一個field在結構體（struct type）中的偏移量。


4 得到一個結構體中field所占用的字節數?

  1. #define?FSIZ(?type,?field?)?sizeof(?((type?*)?0)->field?)


5 得到一個變量的地址（word寬度）?

  1. #define?B_PTR(?var?)?(?(byte?*)?(void?*)?&(var)?)?
  2. #define?W_PTR(?var?)?(?(word?*)?(void?*)?&(var)?)

6 將一個字母轉換為大寫

?

  1. #define?UPCASE(?c?)?(?((c)?>=?''a''?&&?(c)?<=?''z'')???((c)?-?0x20)?:?(c)?)

7 判斷字符是不是10進值的數字

?

  1. #define?DECCHK(?c?)?((c)?>=?''0''?&&?(c)?<=?''9'')

8 判斷字符是不是16進值的數字?

  1. #define?HEXCHK(?c?)?(?((c)?>=?''0''?&&?(c)?<=?''9'')?||((c)?>=?''A''?&&?(c)?<=?''F'')?||((c)?>=?''a''?&&?(c)?<=?''f'')?)

9 防止溢出的一個方法

?

  1. #define?INC_SAT(?val?)?(val?=?((val)+1?>?(val))???(val)+1?:?(val))

10 返回數組元素的個數?

  1. #define?ARR_SIZE(?a?)?(?sizeof(?(a)?)?/?sizeof(?(a[0])?)?)

11 使用一些宏跟蹤調試

?

ANSI標準說明了五個預定義的宏名。它們是：?

  1. _LINE_?/*(兩個下劃線)，對應%d*/
  2. _FILE_?/*對應%s*/
  3. _DATE_?/*對應%s*/
  4. _TIME_?/*對應%s*/

四、多行函數宏定義

宏定義中允許包含兩行以上命令的情形，此時必須在最右邊加上”\”且該行”\”后不能再有任何字符，連注釋部分都不能有，下面的每行最后的一定要是”\”,”\”后面加一個空格都會報錯，更不能跟注釋。

　　我們來看一個例子，比較兩個數或者表達式大小，首先我們把它寫成宏定義：

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

　　其次，把它用函數來實現：

　　int max( int a, int b)

　　{

　　return (a > b a : b)

　　}

　　很顯然，我們不會選擇用函數來完成這個任務，原因有兩個：首先，函數調用會帶來額外的開銷，它需要開辟一片棧空間，記錄返回地址，將形參壓棧，從函數返回還要釋放堆棧。這種開銷不僅會降低代碼效率，而且代碼量也會大大增加，而使用宏定義則在代碼規模和速度方面都比函數更勝一籌；其次，函數的參數必須被聲明為一種特定的類型，所以它只能在類型合適的表達式上使用，我們如果要比較兩個浮點型的大小，就不得不再寫一個專門針對浮點型的比較函數。反之，上面的那個宏定義可以用于整形、長整形、單浮點型、雙浮點型以及其他任何可以用“>”操作符比較值大小的類型，也就是說，宏是與類型無關的。

　　和使用函數相比，使用宏的不利之處在于每次使用宏時，一份宏定義代碼的拷貝都會插入到程序中。除非宏非常短，否則使用宏會大幅度增加程序的長度。

　?還有一些任務根本無法用函數實現，但是用宏定義卻很好實現。比如參數類型沒法作為參數傳遞給函數，但是可以把參數類型傳遞給帶參的宏。

　　看下面的例子：

　　#define MALLOC（n, type） \
　　（ (type *) malloc（（n）* sizeof（type）））
?

　　利用這個宏，我們就可以為任何類型分配一段我們指定的空間大小，并返回指向這段空間的指針。我們可以觀察一下這個宏確切的工作過程：

int *ptr;?
ptr = MALLOC ( 5, int );

　　將這宏展開以后的結果：

ptr = (int?) malloc ( (5)?sizeof(int) );

　　這個例子是宏定義的經典應用之一，完成了函數不能完成的功能，但是宏定義也不能濫用，通常，如果相同的代碼需要出現在程序的幾個地方，更好的方法是把它實現為一個函數。

　　下面總結和宏和函數的不同之處，以供大家寫代碼時使用，這段總結摘自《C和指針》一書。

【轉】C語言中DEFINE簡介及多行宏定義

EXample

define的單行定義

#define maxi(a,b) (a>;b?a:b)

define的多行定義

define可以替代多行的代碼，例如MFC中的宏定義（非常的經典，雖然讓人看了惡心）

\#define ? MACRO(arg1, ? arg2) ? do ? { ? \?\?
stmt1; ? \?
stmt2; ? \?\?
} ? while(0) ? ?關鍵是要在每一個換行的時候加上一個 “\ “
//宏定義寫出swap（x，y）交換函數
/#define swap(x, y)\
x = x + y;\
y = x - y;\
x = x - y;

自己寫的一個小例子：

// 不能加 *?
應為 指針?
也是一種類型
#define ?SORT( a, ?n)\
{\
? ? int i, j;\
? ? int *t = MALLOC(1,int);\
? ? for(i=0; i<n-1; i++)\
? ? {\
? ? ? ? for(j=0; j<n-1-i; j++)\
? ? ? ? {\
? ? ? ? ? ? if(*(a+j) > *(a+j+1))\
? ? ? ? ? ? {\
? ? ? ? ? ? ? ? *t = *(a+j);\
? ? ? ? ? ? ? ? *(a+j) = *(a+j+1);\
? ? ? ? ? ? ? ? *(a+j+1) = *t;\
? ? ? ? ? ? }\
? ? ? ? }\
? ? }\
}
int main(int argc,
const char * argv[])
{
? ? int a=10, b=
120;
? ? int data[]={3,200,5};
? ? //swap(&a, &b);
?
? ?// sort(data, 3); ? ? //和隊列一樣：會依據專題的(shi can)參數
自動識別類型
?
? ? SORT(data, 3); ? ??
//會主動用實參
代替
形參
識別類型
?
? ? for(int i=0;i<3;i++)
? ? cout << data[i] ?<< endl;
?
?
? ? //printf("%d ? %d", a, b);
? ? return 0;
}
?

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