【C进阶】21、宏定义与使用分析

Summary

1）#define是预处理器处理的单元实体之一，在预编译期进行文本替换

2）#define定义的宏可以出现在程序的任意地方，定义之后的代码都可以使用

3）#define可以定义宏常量，本质上是字面量

4）define可以定义表达式，使用上类似函数；功能可能更强大（类型可以作为参数、求数组大小）；更容易出错（当和其他运算混合在一起时）

5）宏由于是直接文本替换，所以没有任何的调用开销；宏表达式里不能出现递归；宏被预处理器处理，所以编译器不知道宏的存在，自然宏也不会有作用域的概念，作用域是针对变量和函数的。

6）常用的预定义宏

宏	含义	示例
__FILE__	被编译的文件名	file1.c
__LINE__	当前行号	25
__DATE__	编译时的日期	Jan 31 2012
__TIME__	编译时的时间	17:01:01
__STDC__	编译器是否遵循标准C规范	1

宏定义与使用分析

#define是预处理器处理的单元实体之一
#define定义的宏可以出现在程序的任意位置
#define定义之后的代码都可以使用这个宏

1、#define定义的宏常量

#define定义的宏常量可以直接使用，本质为字面量（不会占用内存，字符串字面量会存在只读存储区）

// test.c中 下面的宏定义正确么？
#define ERROR -1
#define PATH1 "D:\test\test.c"
#define PATH2 D:\test\test.c
#define PATH3 D:\test\
test.c

int main()
{
    int i = ERROR;
    char* p1 = PATH1;
    char* p2 = PATH2;
    char* p3 = PATH3;
    return 0;
}

单步编译
gcc -E test.c -o test.i    ==> 预编译，生成中间文件.i
gcc -S test.i -o test.s    ==> 编译，生成汇编文件.s

分析：在第一步预编译阶段，处理define并生成.i文件，这时候不会出错；下一步编译阶段，将中间文件转换为汇编文件时，就会报错。

原因在于：在预编译的阶段，仅仅是做文本替换，没有语法检查；到了编译阶段，会对替换后的.i文件进行语法检查，再生成汇编文件，这时候语法检查就出错了。

2、#define定义的表达式

#define表达式的使用类似函数调用
#define表达式可以比函数更强大
#define表达式比函数更易出错

#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 = 3;
    int c[2] = {0};

    // expected： 4， 1， 2
    printf("SUM(a, b) = %d\n", SUM(a, b));
    printf("MIN(a, b) = %d\n", MIN(a, b));
    printf("size of array = %d\n", DIM(c));

    // unexpected： 3
    printf("unexpected: %d", MIN(++a, b));   // 期望得到++a和b中的较小的值：2
    return 0;
}

分析：

• define表达式类似函数调用，像上面的例子中，printf中宏的定义就很像是函数调用。
• define表达式可能比函数更强大，如上，DIM宏可以求数组的大小，但是在C语言中无法通过函数求一个数组的大小，因为当数组作为函数的参数时，会退化成指针；再比如，C语言中不能把类型作为参数，但是宏就可以。
• define表达式更容易出错，如上，MIN(++a, b)期望得到的值为2，实际得到的值却是3。由单步编译得到的结果可以看出，替换后的表达式为((++a) < (b) ? (++b) : (b))，前置的++被执行了2次，所以得到了3。预编译器就像是一个传话筒，在传话的过程中，就发生了歧义

宏表达式被预处理器处理，编译器并不知道宏的存在；
宏表达式用“实参”完全替代形参，不进行任何运算；
宏表达式没有任何的调用开销：(因为直接进行文本替换，不像函数需要参数入栈、返回等开销)
宏表达式中不能出现递归定义：（因为宏只在预处理期进行一次文本替换，后续的符号编译器就不认识了）

#define SUM(n) ((n>0) ? (SUM(n-1) + n) : 0)
int s = SUM(10);    // 编译的时候就会报错，undefined reference SUM

3、宏定义的常量或表达式是否有作用域限制？

下面的程序合法么？
void def()
{
    #define PI 3.1415926
    #define AREA(r) r*r*PI
}
double area(double r)
{
    retrun AREA(r);
}

int main()
{
    double r = area(10);
    return 0;
}

分析：编译、运行都不会出错。说明宏是没有作用域限制的。只要定义完，后面的代码都可以用。在定义之前使用就会报错undefined reference。作用域只是针对变量和函数的，宏在预处理期被展开，在编译期已经没有宏这个东西了，所以也就没法给宏限定作用域了。

4、 常用的预定义宏

宏	含义	示例
__FILE__	被编译的文件名	file1.c
__LINE__	当前行号	25
__DATE__	编译时的日期	Jan 31 2012
__TIME__	编译时的时间	17:01:01
__STDC__	编译器是否遵循标准C规范	1

本文总结自“狄泰软件学院”唐佐林老师《C语言进阶课程》。
如有错漏之处，恳请指正。