C之宏定义（十九）

        我们在 C 语言中经常会用到宏定义，那么我们今天就对宏做个简单的介绍。#define 是预处理期处理的单元实体之一；它定义的宏可以出现在程序的任意位置；它定义之后的代码都可以使用这个宏。

        #define 定义的宏常量可以直接使用，其本质为字面量。它与 const 定义的常量的区别是：const 修饰的常量本质是变量，占用内存；而字面量是不占用内存的。我们来看看下面这几个宏常量定义是否正确

#define ERROR -1
#define PATH1 "D:\test\test.c"
#define PATH2 D:\test\test.c
#define PATH3 D:\test\
test.c

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

        我们分析下，前两个肯定正确，第三种猜测是正确的，因为宏定义只是简单的替换。第四种也是正确的，最后的 \ 我们看成是前面介绍的接续符。我们来单步编译下，看看结果

        我们看到单步编译的时候，它没出错。就是进行简单的替换，我们再加上头文件，进行编译。结果如下

        我们看到编译出错了，因为宏只是被预处理期处理，预处理期不会去检查语法，所以会单步编译通过。所以在编译检查语法的时候出错了。我们下来看个示例代码，代码如下

#include <stdio.h>

#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 = 2;
    int c[4] = {0};

    int s1 = _SUM_(a, b);
    int s2 = _SUM_(a, b) * _SUM_(a, b);
    int m = _MIN_(a++, b);
    int d = _DIM_(c);

    printf("s1 = %d\n", s1);
    printf("s2 = %d\n", s2);
    printf("m = %d\n", m);
    printf("d = %d\n", d);

    return 0;
}

        我们分析，第14行返回相加和，因而第19行打印 3；第15行返回加和的平方，因而第20行打印 9；第16行返回最小值，因而第21行打印 1；第17行返回的是数组的个数，所以第22行打印 4。我们看看编译结果

        结果跟我们分析的不太一样，中间两个不一样。我们来单步编译下，看看是什么样的

        我们看到它的 main 函数是这样的，因而我们分析的是错的。那么在这块我们是忽略了宏表达式和函数的差异，那么宏表达式有哪些特性呢？如下：a> 宏表达式被预处理器处理，编译器不知道宏表达式的存在；b> 宏表达式用“实参”完全代替形参，不进行任何运算；c> 宏表达式没有任何的“调用”开销；d> 宏表达式中不能出现递归定义，如：#define _SUM_(n) ((n > 0) ? (_SUM_(n-1) + n) : 0)； int s = _SUM_(5);

        那么我们来思考下：宏定义的常量或表达式是否有作用域限制？我们来看看下面的代码

#include <stdio.h>

void def()
{
    #define PI 3.1415926
    #define AREA(r) r * r * PI
}

double area(double r)
{
    return AREA(r);
}

int main()
{
    double r = area(5);

    printf("PI = %f\n", PI);
    printf("d = 5; a = %f\n", r);
    
    return 0;
}

        那么在 def 函数里定义的宏能否在 area 函数里使用呢？也就是说宏定义的作用域是否是具有函数作用域呢，我们来看看编译结果

        它并没有报错，而是成功运行。在这里我们注释掉头文件和打印语句，我们来单步编译下，看看函数里是怎样的？

        明显在 area 函数里直接展开宏，也就是说宏定义的常量没有作用域的限制。我们再来看看 C 语言中强大的内置宏

        我们利用内置宏编写析下面的代码，代码如下：

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

#define MALLOC(type, x) (type*)malloc(sizeof(type)*x)

#define FREE(p) (free(p), p=NULL)

#define LOG(s) printf("[%s] {%s:%d} %s \n", __DATE__, __FILE__, __LINE__, s)

#define FOREACH(i, m) for(i=0; i<m; i++)
#define BEGIN {
#define END   }

int main()
{
    int x = 0;
    int* p = MALLOC(int, 5);
    
    LOG("Begin to run main code...");
    
    FOREACH(x, 5)
    BEGIN
        p[x] = x;
    END
    
    FOREACH(x, 5)
    BEGIN
        printf("%d\n", p[x]);
    END
    
    FREE(p);
    
    LOG("End");
    
    return 0;
}

        我们在第4行定义 MALLOC 为申请堆空间并用指针来存储地址，第6行利用之前学习的逗号表达式来释放申请到的指针。第8行则是利用内置宏定义 LOG 打印信息，第10-12行分别定义 for 循环和{ }。我们来看看编译后打印的结果

        我们看到内置宏是如此的强大，目前在 C 语言中是利用函数办不到来打印文件名和行数信息的。通过对宏定义的学习，总结如下：1、预处理期直接对宏进行文本替换，宏使用时的参数不会进行求值和运算；2、预处理期不会对宏定义进行语法检查，宏定义出现的缘分错误只能被编译器检测；3、宏定义的效率高于函数调用但会带来一定的副作用。后面我们会继续对 C 语言的学习。

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