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C语言_宏定义

一.预处理

  编译一个C语言程序的第一步骤就是预处理阶段,这一阶段就是宏发挥作用的阶段。C预处理器在源代码编译之前对其进行一些文本性质的操作,主要任务包括删除注释、插入被#include进来的文件内容、定义和替换由#define 定义的符号以及确定代码部分内容是否根据条件编译(#if )来进行编译。”文本性质”的操作,就是指一段文本替换成另外一段文本,而不考虑其中任何的语义内容。宏仅仅是在C预处理阶段的一种文本替换工具,编译完之后对二进制代码不可见

二.宏定义用法

①宏常量

  我们最常使用到的#define的用法就是用#define来定义一个符号常量,而要修改时,只需修改#define这条语句就行了,不必每处代码都修改
例:

#include"stdio.h"
#define PI 3.14
#define STR "圆周率约等于"
int main()
{
  
	printf("%s %f",STR,PI); //预处理时会被替换为 printf("%s %f","圆周率约等于",3.14);
	return 0;
}

运行结果:

②宏语句

  我们还可以用宏定义一条或多条语句
例:

#include"stdio.h"
#define Print printf("hello world!")
int main()
{
  
	Print;  //预处理时会被替换为 printf("hello world!");
	return 0;
}

操作结果:

③宏函数

  我还可以用宏来定义函数,因为宏定义也可以带参数
例:

#include"stdio.h"
#define Print(str) printf("%s",str)
int main()
{
  
	Print("这是一个只有一条语句的宏函数!");
    //预处理时会被替换为 printf("%s","这是一个只有一条语句的宏函数!")
	return 0;
}

④其它

1.#undef 是用来撤销宏定义的,用法如下:

#define PI 3.141592654
 
…
 
// code
#undef PI
//下面开始 PI 就失效了

2.使用ifndef防止头文件被重复包含和编译

  这是宏定义的一种,它可以根据是否已经定义了一个变量来进行分支选择,一般用于调试等等.实际上确切的说这应该是预处理功能中三种(宏定义,文件包含和条件编译)中的一种----条件编译。 C语言在对程序进行编译时,会先根据预处理命令进行“预处理”。C语言编译系统包括预处理,编译和链接等部分。

#ifndef x //先测试x是否被宏定义过
#define x //如果没有宏定义下面就宏定义x并编译下面的语句
...
...
...
#endif //如果已经定义了则编译#endif后面的语句

条件指示符#ifndef检查预编译常量在前面是否已经被宏定义。如果在前面没有被宏定义,则条件指示符的值为真,于是从#ifndef到#endif之间的所有语句都被包含进来进行编译处理。相反,如果#ifndef指示符的值为假,则它与#endif指示符之间的行将被忽略。条件指示符#ifndef 的最主要目的是防止头文件的重复包含和编译。
  千万不要忽略了头件的中的#ifndef,这是一个很关键的东西。比如你有两个C文件,这两个C文件都include了同一个头文件。而编译时,这两个C文件要一同编译成一个可运行文件,于是问题来了,大量的声明冲突。

所以还是把头文件的内容都放在#ifndef和#endif中吧。不管你的头文件会不会被多个文件引用,你都要加上这个。一般格式是这样的:

  #ifndef <标识>

  #define <标识>

  ......

  #endif

<标识>在理论上来说可以是自由命名的,但每个头文件的这个“标识”都应该是唯一的。标识的命名规则一般是头文件名全大写,前后加下划线,并把文件名中的“.”也变成下划线,如:stdio.h


  #ifndef _STDIO_H_

  #define _STDIO_H_

  ......

    #endif

#ifndef xxx //如果没有定义xxx
#define xxx //定义xxx
#endif //结束如果
这个用法主要是在头文件中,主要是为了防止类重复的include,所以在类的头文件之前加上前面两个,用类名替代xxx,在最后加上最后一句

三.宏定义相关作用符

①换行符 "\"

  我们定义宏语句或者宏函数时不可能总是一条语句呀,那要是有很多条语句时怎么办?都写在一行吗?这样显然代码就不美观,可读性不好,所以有多条语句时,我们就在每行末尾(除了最后一行)加上"\",代表换行的意思
例:

#include"stdio.h"
#define Print   printf("这是第1条语句\n");\
 		    	printf("这是第2条语句\n");\
 		    	printf("这是第3条语句\n")
 		    	
#define Show(str1,str2,str3)\
{
  \
	printf("%s\n",str1);\
	printf("%s\n",str2);\
	printf("%s\n",str3);\	
}
int main()
{
  
	Print;  //无参数宏函数
	Show("first","second","third"); //带参数宏函数
	return 0;
}

操作结果:

②字符串化符 "#"

  "#"是“字符串化”的意思,将出现在宏定义中的#是把跟在后面的参数转换成一个字符串
例:

#include"stdio.h"
#define Print(str)\
{
  \
	printf(#str"的值是%d",str);\	
}
int main()
{
  
	int x=3,y=4;
	Print(x+y); //此处等价于printf("x+y""的值是%d",x+y);
	            //#str等价于"x+y",所以#str不需要再用双引号引起来 
	return 0;
}

操作结果:

③片段连接符"##"

  “##”是一种分隔连接方式,它的作用是先分隔,然后进行强制连接。在普通的宏定义中,预处理器一般把空格解释成分段标志,对于每一段和前面比较,相同的就被替换。但是这样做的结果是,被替换段之间存在一些空格。如果我们不希望出现这些空格,就可以通过添加一些##来替代空格。
例:

#include"stdio.h"
#define Add(n,value)\
{
  \
	num##n+=value;\
 } 
int main()
{
  
	int num1=1;
	int num2=10;
	Add(2,10); //等价于num2+=10; 这里把num和2连接成了num2 
	printf(" num1=%d\n num2=%d",num1,num2); 
	return 0;
}

操作结果:

四.宏函数的巧用

①类型传递

  我们知道函数虽然可以传递参数,但是却不能把类型作为参数传递,有时我们为了实现函数的复用性,就要使用STL模板,但是我们这个时候还有另外一种选择,就是写成宏函数
例:
一个开辟内存的函数

#define Malloc(type,size) (type*)malloc(sizeof(type)*size)

这个时候,我们只有把类型,容量作为参数传递进行,就可以开辟各种类型的内存了

int *p=Malloc(int,100); //开辟int类型的内存
char *q=Malloc(char,100); //开辟字符类型的内存

②传递数组

  由数组作为函数参数传递时,会失去其数组特性,也就是无法使用sizeof()函数计算出数组的大小,比如我们写一个排序函数,排序时我们不仅需要知道数组的首地址,还需要知道数组的大小,但是仅仅把数组名作为参数传递时,无法得知其数组大小,这时我们的函数就需要传递第二个参数,也就是数组的大小,于是函数就要写成Sort(int *a,int size).但宏函数就可以解决这个问题
例:
下面用宏函数写一个插入排序算法

#include"stdio.h"
#define InsertSort(list)\
{
  \
	int s=sizeof(list)/4;\
	int i,j;\
	for(i=2;i<=s;i++)\
	{
  \
		list[0]=list[i];\
		for(j=i-1;list[j]>list[0];j--)\
				list[j+1]=list[j];\	
		list[j+1]=list[0];\		
	}\ 
}
int main()
{
  
	int num[]={
  0,2,5,7,3,1,8,0,8,22,57,56,74,18,99,34,31,55,41,12,9,4};
	InsertSort(num);
	for(int i=1;i<sizeof(num)/4;i++)	
		printf("%d ",num[i]);
	return 0;
} 

操作结果:

当然还有很多宏定义的巧妙用法,这里就不全部列举了

五.注意事项

① 运算符优先级问题

#define MULTIPLY(x, y) x * y

  这是一个很简单的乘法函数,当计算MULTIPLY(10, 10),结果是100,这个大家都知道,但是当你计算MULTIPLY(5+5, 10)时,你以为结果还是100吗?当然不是,MULTIPLY(5+5, 10)=5+5*10=55,所以结果是55,所以我们写宏函数时要特别注意运算符的优先级,这里稳妥一点的写法应该这样写

#define MULTIPLY(x, y) ((x)*(y))

②宏参数重复调用

#define MAX(a,b) ((a)>(b)?(a):(b))
int a=0;
int b =1;
int c =MAX(++a,++b);

这里很多人都以为是c=MAX(1,2)=2;而实际上上面代码等价于

int c =((++a)>(++b)?(++a):(++b));

可以看到实际上a b都各自加了两次,所以c=1>2?2:3=3,所以结果是3

③分号吞噬问题

#include"stdio.h"
#define FUN(n)\
{
  \
	while(n>0)\
	{
  \
		if(n==3)\
			break;\	
	}\	
}
int main()
{
  
	int num=10;
	if(num>0)
		FUN(num);
	else
		num=-num;
	return 0;
}

  看似代码没有问题,但是一编译就报错,编译器显示"error: ‘else’ without a previous ‘if’",原来是因为FUN函数是一个代码块,然后if(num>0) FUN(num); 就等价于if(num>0) {…}; 这不就是在大括号后面打分号了吗?这样else当然就缺少if了
  这个时候我们可以用do{…}while(0)来解决这个问题,写成如下就没问题了,因为while()后面正好需要一个分号

#define FUN(n)\ 
do\
{
  \
	while(n>0)\
	{
  \
		if(n==3)\
			break;\	
	}\	
}while(0)

④递归调用问题

#define NUM (4 + NUM)

  按前面的理解,(4 + NUM)会展开成(4 + (4 + NUM)),然后一直展开下去,直至内存耗尽。但是,预处理器采取的策略是只展开一次。也就是说,NUM只会展开成(4 + NUM),而展开之后NUM的含义就要根据上下文来确定了。

⑤宏参数预处理

  宏参数中若包含另外的宏,那么宏参数在被代入到宏体之前会做一次完全的展开,除非宏体中含有#或##。

有如下宏定义:

#define A(y) X_##y
#define B(y) A(y)
#define SIZE 1024
#define S SIZE

A(S)会被展开成X_S。因为宏体中含有##,宏参数直接代入宏体。
B(S)会被展开成X_1024。因为B(S)的宏体是A(S),并没有#或##,所以S在代入前会被完全展开成1024,然后才代入宏体,变成X_1024。