【C】 46_函数与宏分析

函数与宏

• 宏是由预处理器直接替换展开的，编译器不知道宏的存在
• 函数是由编译器直接编译的实体，调用行为由编译器决定
• 多次使用宏会导致最终可执行程序的体积增大（嵌入式环境中资源紧张）
• 函数是跳转执行的，内存中只有一份函数体存在
• 宏的运行效率比函数高，因为直接展开，无调用开销
• 函数调用时会创建活动记录，效率不如宏

编程实验： 函数与宏

test_1.c

#include <stdio.h>

#define RESET(p, len)   \
    while( len > 0 )    \
        ((char*)p)[--len] = 0;

void reset(void* p, int len)
{
    while( len > 0 )
        ((char*)p)[--len] = 0;
}

int main()
{
    int array_1[] = {1, 2, 3, 4, 5};
    int array_2[] = {1, 2, 3, 4, 5};
    int len_1 = sizeof(array_1);
    int len_2 = sizeof(array_2);
    int i = 0;
    
    RESET(array_1, len_1);
    
    for(i=0; i<5; i++)
    {
        printf("array_1[%d] = %d\n", i, array_1[i]);
    }
    
    reset(array_2, len_2);
    
    for(i=0; i<5; i++)
    {
        printf("array_2[%d] = %d\n", i, array_2[i]);
    }

    return 0;
}

输出：
array_1[0] = 0
array_1[1] = 0
array_1[2] = 0
array_1[3] = 0
array_1[4] = 0
array_2[0] = 0
array_2[1] = 0
array_2[2] = 0
array_2[3] = 0
array_2[4] = 0

test_2.c

#include <stdio.h>

#define RESET(p, len)   \
    while( len > 0 )    \
        ((char*)p)[--len] = 0;

void reset(void* p, int len)
{
    while( len > 0 )
        ((char*)p)[--len] = 0;
}

int main()
{
    int array[] = {1, 2, 3, 4, 5};
    int len = sizeof(array);
    int i = 0;
    
    RESET(6, len);            // 注意这里！
    
    for(i=0; i<5; i++)
    {
        printf("array[%d] = %d\n", i, array[i]);
    }

    return 0;
}

编译输出：
无错误，无警告

运行输出：
段错误

test_3.c

#include <stdio.h>

#define RESET(p, len)   \
    while( len > 0 )    \
        ((char*)p)[--len] = 0;

void reset(void* p, int len)
{
    while( len > 0 )
        ((char*)p)[--len] = 0;
}

int main()
{
    int array[] = {1, 2, 3, 4, 5};
    int len = sizeof(array);
    int i = 0;
    
    reset(6, len);            // 注意这里！
    
    for(i=0; i<5; i++)
    {
        printf("array[%d] = %d\n", i, array[i]);
    }

    return 0;
}

输出：
warning: passing argument 1 of ‘reset’ makes pointer from integer without a cast
note: expected ‘void *’ but argument is of type ‘int’

• 宏的效率比函数稍高，但其副作用巨大
• 宏是文本替换，参数无法进行类型检查（无法在编译时给出安全性提示信息）
• 可以用函数完成的功能绝不使用宏
• 宏的定义中不能出现递归定义

实例分析： 宏的副作用

#include <stdio.h>

#define _ADD_(a, b) a + b
#define _MUL_(a, b) a * b
#define _MIN_(a, b) ((a) < (b) ? (a) : (b))

int main()
{
    int i = 1;
    int j = 10;
    
    printf("%d\n", _MUL_(_ADD_(1, 2), _ADD_(3, 4)));
    printf("%d\n", _MIN_(i++, j));

    return 0;
}

输出：【这不是我们所预期的】
11
2

test.i

int main()
{
 int i = 1;
 int j = 10;

 printf("%d\n", 1 + 2 * 3 + 4);
 printf("%d\n", ((i++) < (j) ? (i++) : (j)));

 return 0;
}

预处理器直接展开后，导致语义发生巨大变化。

宏的妙用

• 用于生成一些常规性的代码
• 封装函数，加上类型信息

实例分析： 宏的妙用

#include <stdio.h>
#include <malloc.h>

#define MALLOC(type, x)  (type*)malloc(sizeof(type)*x)    // 函数封装
#define FREE(p)          (free(p), p=NULL)                // 函数封装

#define LOG_INT(i)       printf("%s = %d\n", #i, i)       // 函数封装
#define LOG_CHAR(c)      printf("%s = %c\n", #c, c)
#define LOG_FLOAT(f)     printf("%s = %f\n", #f, f)
#define LOG_POINTER(p)   printf("%s = %p\n", #p, p)
#define LOG_STRING(s)    printf("%s = %s\n", #s, s)

#define FOREACH(i, n)    while(1) { int i = 0, l = n; for(i=0; i < l; i++)  // 创建作用域，保证定义的局部变量不与外部产生冲突
#define BEGIN            {
#define END              } break; }

int main()
{
    int* pi = MALLOC(int, 5);
    char* str = "D.T.Software";
    
    LOG_STRING(str);
    
    LOG_POINTER(pi);
    
    FOREACH(k, 5)
    BEGIN
        pi[k] = k + 1;
    END
    
    FOREACH(n, 5)
    BEGIN
        int value = pi[n];
        LOG_INT(value);
    END
    
    FREE(pi);
    
    LOG_POINTER(pi);

    return 0;
}

输出：
str = D.T.Software
pi = 0x9e13008
value = 1
value = 2
value = 3
value = 4
value = 5
pi = (nil)

小结

• 宏和函数并不是竞争对手
• 宏能够接受任类型的参数，效率高，易出错
• 函数的参数必须是固定类型，效率稍低，不易出错
• 宏可以实现函数不能实现的功能

以上内容参考狄泰软件学院系列课程，请大家保护原创！