为什么预处理器宏是邪恶的，有什么替代方案？

Question

我一直问这个问题，但我从来没有得到一个很好的答案；我认为几乎所有程序员在写第一个“Hello World”之前都遇到过“永远不应该使用宏”、“宏是邪恶的”之类的短语，我的问题是：为什么？这么多年后，有了新的 C++11，还有真正的替代品吗？

简单的部分是关于 #pragma 类的宏，它们是特定于平台和编译器的，并且大多数时候它们有严重的缺陷，例如 #pragma once 这在至少两种重要情况下容易出错: 在不同的路径和一些网络设置和文件系统中具有相同的名称。

但总的来说，宏及其用法的替代品呢？

原文由 user1849534 发布，翻译遵循 CC BY-SA 4.0 许可协议

Answer 1

宏就像任何其他工具一样 - 用于谋杀的锤子并不邪恶，因为它是锤子。人们以这种方式使用它的方式是邪恶的。如果你想敲钉子，锤子是一个完美的工具。

宏有几个方面使它们“不好”（我稍后会扩展每个方面，并提出替代方案）：

1. 您不能调试宏。
2. 宏扩展会导致奇怪的副作用。
3. 宏没有“命名空间”，因此如果您的宏与其他地方使用的名称冲突，您会在不需要的地方获得宏替换，这通常会导致奇怪的错误消息。
4. 宏可能会影响您没有意识到的事情。

所以让我们在这里稍微扩展一下：

1) 无法调试宏。 当您有一个转换为数字或字符串的宏时，源代码将具有宏名称，并且许多调试器无法“看到”宏转换为什么。所以你实际上并不知道发生了什么。

替换：使用 enum 或 const T

对于“类似函数”的宏，因为调试器在“每个源代码行”级别上工作，所以无论是一条语句还是一百条语句，您的宏都将像一条语句一样运行。很难弄清楚发生了什么。

替换：使用函数 - 如果需要“快速”，则使用内联（但要注意内联过多不是一件好事）

2) 宏扩展会产生奇怪的副作用。

著名的是 #define SQUARE(x) ((x) * (x)) 和使用 x2 = SQUARE(x++) 。这导致 x2 = (x++) * (x++); ，即使它是有效的代码 [1]，也几乎肯定不是程序员想要的。如果它是一个函数，那么做 x++ 就可以了，x 只会增加一次。

另一个例子是宏中的“if else”，假设我们有这个：

 #define safe_divide(res, x, y)   if (y != 0) res = x/y;

接着

if (something) safe_divide(b, a, x);
else printf("Something is not set...");

它实际上变成了完全错误的事情……

替换：真正的功能。

3) 宏没有命名空间

如果我们有一个宏：

 #define begin() x = 0

我们在 C++ 中有一些使用 begin 的代码：

 std::vector<int> v;

... stuff is loaded into v ...

for (std::vector<int>::iterator it = myvector.begin() ; it != myvector.end(); ++it)
   std::cout << ' ' << *it;

现在，你认为你得到了什么错误信息，你在哪里寻找错误[假设你完全忘记了——或者甚至不知道——存在于其他人编写的某个头文件中的 begin 宏？ [如果你在 include 之前包含那个宏，那就更有趣了——你会沉浸在奇怪的错误中，当你查看代码本身时，这完全没有意义。

替换：好吧，与其说是替换，不如说是“规则”——只对宏使用大写名称，而从不将所有大写名称用于其他事物。

4）宏有你没有意识到的效果

采取这个功能：

 #define begin() x = 0
#define end() x = 17
... a few thousand lines of stuff here ...
void dostuff()
{
    int x = 7;

    begin();

    ... more code using x ...

    printf("x=%d\n", x);

    end();

}

现在，不看宏，你会认为 begin 是一个函数，它不应该影响 x。

这类事情，我见过更复杂的例子，真的会搞砸你的一天！

替换：要么不使用宏来设置 x，要么将 x 作为参数传入。

有时使用宏绝对是有益的。一个例子是用宏包装一个函数来传递文件/行信息：

 #define malloc(x) my_debug_malloc(x, __FILE__, __LINE__)
#define free(x)  my_debug_free(x, __FILE__, __LINE__)

现在我们可以使用 my_debug_malloc 作为代码中的常规malloc，但是它有额外的参数，所以当我们扫描“哪些内存元素没有被释放”时，我们可以打印在哪里进行分配，以便程序员可以追踪泄漏。

[1] “在一个序列点”多次更新一个变量是未定义的行为。序列点与语句并不完全相同，但对于大多数意图和目的而言，我们应该将其视为。这样做 x++ * x++ 将更新 x 两次，这是未定义的，可能会导致不同系统上的不同值，以及 x 中的不同结果值。

原文由 Mats Petersson 发布，翻译遵循 CC BY-SA 4.0 许可协议

Answer 2

“宏是邪恶的”这句话通常是指使用#define，而不是#pragma。

具体来说，该表达式指的是这两种情况：

• 将幻数定义为宏

• 使用宏替换表达式

这么多年后，有了新的 C++ 11，还有一个真正的选择吗？

是的，对于上面列表中的项目（幻数应该用 const/constexpr 定义，表达式应该用 [normal/inline/template/inline template] 函数定义。

以下是通过将幻数定义为宏并用宏替换表达式（而不是定义用于评估这些表达式的函数）而引入的一些问题：

• 在为幻数定义宏时，编译器不保留定义值的类型信息。这可能会导致编译警告（和错误）并使调试代码的人感到困惑。

• 在定义宏而不是函数时，使用该代码的程序员希望它们像函数一样工作，而事实并非如此。

考虑这段代码：

 #define max(a, b) ( ((a) > (b)) ? (a) : (b) )

int a = 5;
int b = 4;

int c = max(++a, b);

在分配给 c 之后，您会期望 a 和 c 为 6（就像使用 std::max 而不是宏一样）。相反，代码执行：

 int c = ( ((++a) ? (b)) ? (++a) : (b) ); // after this, c = a = 7

最重要的是，宏不支持命名空间，这意味着在代码中定义宏将限制客户端代码可以使用的名称。

这意味着如果您定义了上面的宏（对于 max），您将不再能够在下面的任何代码中 #include <algorithm> ，除非您明确编写：

 #ifdef max
#undef max
#endif
#include <algorithm>

使用宏而不是变量/函数也意味着您不能获取它们的地址：

• 如果作为常量的宏计算为幻数，则不能通过地址传递它

• 对于宏作为函数，您不能将其用作谓词或获取函数的地址或将其视为函子。

编辑：例如，正确的替代 #define max 上面：

 template<typename T>
inline T max(const T& a, const T& b)
{
    return a > b ? a : b;
}

这可以完成宏所做的所有事情，但有一个限制：如果参数的类型不同，则模板版本会强制您显式（这实际上会导致更安全、更显式的代码）：

 int a = 0;
double b = 1.;
max(a, b);

如果将此最大值定义为宏，则代码将编译（带有警告）。

如果此最大值被定义为模板函数，编译器将指出歧义，您必须说 max<int>(a, b) 或 max<double>(a, b) （从而明确说明您的意图）。

原文由 utnapistim 发布，翻译遵循 CC BY-SA 3.0 许可协议