C++宏的简单理解

C++中的宏是一种代码片段，可以被宏的值所替换。宏是用#define指令来定义的，用#undef指令来取消定义。宏有两种类型：类对象宏和类函数宏。

类对象宏就像一个常量，只不过不需要分配内存空间。

类函数宏就像一个函数，只不过不需要调用和返回。

大白话来说，宏就是一种让你写代码时更方便、更简洁、更灵活的工具

举例说明

假设你想定义一个宏，用来计算两个数的最大值。你可以这样写：

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

这就是一个类函数宏，它接受两个参数a和b，然后用三目运算符返回较大的那个。

当你在程序中使用这个宏时，比如写：

int x = MAX(3,5);

编译器会在编译之前把宏名替换成宏的定义，也就是：

int x = ((3)>(5)?(3):(5));

这样就可以得到x的值为5

类对象宏和类函数宏

• 类对象宏是一个标识符，被一段代码片段所替换。它看起来像一个数据对象，比如一个常量。

例如，你可以这样定义一个类对象宏：

#define PI 3.14159

这样在程序中使用PI时，就相当于使用3.14159。

• 类函数宏是一个标识符，后面跟着一对括号和一些参数，被一段代码片段所替换。它看起来像一个函数调用，但实际上不是。

例如，你可以这样定义一个类函数宏：

#define SQUARE(x) ((x)*(x))

这样在程序中使用SQUARE(5)时，就相当于使用((5)*(5))。

什么时候用宏呢

宏的使用场景一般是：

当你需要在编译时替换一些常量或表达式，而不是在运行时计算它们。

当你需要定义一些简单的操作，而不想为它们创建函数或模板。

当你需要根据不同的编译选项生成不同的代码，比如调试信息或条件编译。

当你需要使用一些特殊的语法或符号，比如变长参数或字符串化。

但是宏也有很多局限和风险，所以应该谨慎使用，并尽量用C++提供的其他特性来代替它们

那么C++提供了哪些特性可以代替宏呢？

C++提供了一些特性可以代替宏，比如：

用inline函数或模板来代替函数式宏，可以保证类型安全和编译优化。

用constexpr或const来代替常量宏，可以避免重复定义和命名冲突。

用using或typedef来代替类型别名宏，可以增加可读性和灵活性。

用enum class或namespace来代替枚举宏，可以提供作用域和强类型检查。

用if constexpr或模板特化来代替条件编译宏，可以实现编译时分支选择。

用字符串字面量或运算符重载来代替字符串化或连接宏，可以实现更自然的语法。

还有哪些情况是必须使用宏的呢？

宏在C++中的必要性已经大大降低了，但是还有一些情况是无法用其他特性替代的，比如：

当你需要定义一些编译器或平台相关的常量或标志，比如__FILE__或_WIN32。

当你需要使用一些预处理指令，比如#include或#pragma。

当你需要实现一些复杂的元编程技巧，比如BOOST_PP库。

宏和内联函数的区别

宏和内联函数有以下几个区别：

宏是由预处理器展开的，而内联函数是由编译器复制到调用处的。

宏必须在程序开始处定义，而内联函数可以在程序任何地方声明。

宏不能访问类的数据成员，而内联函数可以。

宏没有类型检查和返回类型，而内联函数有。

宏可能会导致副作用和错误，而内联函数不会。

代码示例

以下是宏和内联函数的一些代码示例：

// 定义一个宏，用于计算两个数的最大值 
#define MAX(a,b) ((a) > (b) ? (a) : (b))
// 定义一个内联函数，用于计算两个数的最大值 
inline int max(int a, int b) { return a > b ? a : b; }
// 调用宏和内联函数 
int x = 10; int y = 20; int z = MAX(x++, y++); 
// z = 21, x = 11, y = 22 
int w = max(x++, y++); 
// w = 22, x = 12, y = 23

可以看到，宏会导致x和y被增加两次，而内联函数不会。这是因为宏只是简单地替换文本，而不考虑副作用

为什么宏会导致x和y被增加两次？

这是因为在调用宏的时候，宏的参数会被直接替换到宏的定义中，而不会像函数一样先计算参数的值。所以，当你调用MAX(x++, y++)时，实际上相当于执行了以下代码：

((x++) > (y++) ? (x++) : (y++))

这样就导致了x和y被增加了两次。如果你想避免这种情况，你可以先把x和y的值存储在临时变量中，然后再调用宏。或者你可以直接使用内联函数，因为内联函数会先计算参数的值，然后再复制到函数体中。

详细解释：

首先，你定义了一个宏MAX，用于计算两个数的最大值。然后，你定义了两个变量x和y，分别赋值为10和20。接着，你调用了宏MAX(x++, y++)，并把结果赋值给变量z。这时候，预处理器会把宏的参数x++和y++直接替换到宏的定义中，得到以下代码：

((x++) > (y++) ? (x++) : (y++))

这段代码是一个三元运算符，它的意思是如果x++大于y++，就返回x++的值，否则返回y++的值。注意这里的x++和y++都是后置自增运算符，它们会先返回原来的值，然后再增加1。所以我们可以把这段代码拆分成以下几步：

1.比较x++和y++的值。因为x和y分别是10和20，所以x++返回10，y++返回20。比较结果是false。

2.因为比较结果是false，所以执行三元运算符的第三部分：(y++)。这时候y已经被增加了1，变成了21。所以(y++)返回21，并且再次增加1。

3.把(y++)的结果赋值给z。所以z等于21。

4.因为执行完了三元运算符的第三部分：(y++)，所以跳过第二部分：(x++)。但是这时候x已经被增加了1，变成了11。

5.代码执行完毕。

最终结果是z等于21，x等于11，y等于22(被增加两次)。