C语言宏定义(#define定义常量​、#define定义宏​、 带有副作用的宏参数、 宏替换的规则、 宏函数的对比)

简介: C语言宏定义(#define定义常量​、#define定义宏​、 带有副作用的宏参数、 宏替换的规则、 宏函数的对比)



一、#define的基本语法

在C语言中,常量是使用频率很高的一个量。常量是指在程序运行过程中,其值不能被改变的量。常量常使用#define来定义。

使用#define定义的常量也称为符号常量,可以提高程序的运行效率。

其常见的用法包括两种,分别是:

1)#define name stuff

     #define 宏名 宏值

2)#define 宏名(参数列表) 表达式

     #define name( parament-list ) stuff

二、什么是宏

计算机科学里的是一种抽象的,根据一系列预定义的规则进行文本替换。

宏是一种将一系列命令组织在一起,作为一个单独命令来完成特定任务的方式。在编译语言中,宏展开是在编译时进行的,编译器会自动将宏替换为一系列指令。宏展开器是用于执行宏展开的工具。

除了编译语言中的宏,宏这个概念也被广泛应用于其他环境中,比如键盘宏和宏语言。键盘宏是将一系列小命令或动作转化为一系列指令,以简化日常工作。

Microsoft Word中对宏定义为:“宏就是能组织到一起作为一独立的命令使用的一系列word命令,它能使日常工作变得更容易”。Word使用宏语言Visual Basic将宏作为一系列指令来编写。

Excel办公软件自动集成了“VBA”高级程序语言,用此语言编制出的程序就叫“宏”。

三、#define定义常量用法

①宏常量

  我们最常使用到的#define的用法就是用#define来定义一个符号常量,而要修改时,只需修改#define这条语句就行了,不必每处代码都修改

基本语法:

#define name stuff

例:

#define MAX 1000

#define reg register //为 register这个关键字,创建一个简短的名字

#define do_forever for(;;) //用更形象的符号来替换一种实现

#define CASE break;case //在写case语句的时候自动把 break写上。

如果定义的 stuff过长,可以分成几行写,除了最后一行外,每行的后面都加一个反斜杠(续行符)。

#define DEBUG_PRINT printf("file:%s\tline:%d\t \

date:%s\ttime:%s\n" ,\

__FILE__,__LINE__ , \

__DATE__,__TIME__ )

#define CASE break;case
int main()
{
  int n = 0;
  switch (n)
  {
  case 1:
    //
  CASE 2 :
    //
  CASE 3 :
    //
  CASE 4 :
  }
  return 0;
}

思考:在define定义标识符的时候,要不要在最后加上 ;

例:

#define MAX 1000;

#define MAX 1000

建议不要加上 ; ,这样容易导致问题。

比如下面的场景:

if(condition)

max = MAX;

else

max = 0;

如果是加了分号的情况,等替换后,if和else之间就是2条语句,而没有大括号的时候,if后边只能有一条语句。这里会出现语法错误。

四、#define定义宏

#define 机制包括了一个规定,允许把参数替换到文本中,这种实现通常称为宏(macro)或定义宏(define macro)。

下面是宏的申明方式:

#define name( parament-list ) stuff

其中的 parament-list 是一个由逗号隔开的符号表,它们可能出现在stuff中。

举例:

#define SQUARE( x ) x * x

这个宏接收一个参数 x .如果在上述声明之后,你把 SQUARE( 5 ); 置于程序中,预处理器就会用

下面这个表达式替换上面的表达式: 5 * 5

注意:

参数列表的左括号必须与name紧邻,如果两者之间有任何空白存在,参数列表就会被解释为stuff的一部分。

警告:

这个宏存在一个问题:

观察下面的代码段:

int a = 5;

printf("%d\n" ,SQUARE( a + 1) );

乍一看,你可能觉得这段代码将打印36,事实上它将打印11,为什么呢?

替换文本时,参数x被替换成a + 1,所以这条语句实际上变成了:

printf ("%d\n",a + 1 * a + 1 );

这样就比较清晰了,由替换产生的表达式并没有按照预想的次序进行求值。


在宏定义上加上两个括号,这个问题便轻松的解决了:

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

这样预处理之后就产生了预期的效果:

printf ("%d\n",(a + 1) * (a + 1) );

这里还有一个宏定义:

#define DOUBLE(x) (x) + (x)

定义中我们使用了括号,想避免之前的问题,但是这个宏可能会出现新的错误。

int a = 5;

printf("%d\n" ,10 * DOUBLE(a));

这将打印什么值呢?看上去,好像打印100,但事实上打印的是55.

我们发现替换之后:

printf ("%d\n",10 * (5) + (5));

乘法运算先于宏定义的加法,所以出现了 55 .

这个问题,的解决办法是在宏定义表达式两边加上一对括号就可以了。

#define DOUBLE( x) ( ( x ) + ( x ) )

提示:

所以用于对数值表达式进行求值的宏定义都应该用这种方式加上括号,避免在使用宏时由于参数中的操作符或邻近操作符之间不可预料的相互作用。

例子:

#define SQUARE(x) ((x) * (x))
int main()
{
  int a = 5;
  printf("%d的平方:%d",a, SQUARE(a));
    return 0;
}

五、带有副作用的宏参数

当宏参数在宏的定义中出现超过一次的时候,如果参数带有副作用,那么你在使用这个宏的时候就可能出现危险,导致不可预测的后果。副作用就是表达式求值的时候出现的永久性效果。

 

x+1;//不带副作用

x++;//带有副作用

MAX宏可以证明具有副作用的参数所引起的问题。

#define MAX(a, b) ( (a) > (b) ? (a) : (b) )
int main()
{
  int x, y, z;
  x = 5;
  y = 8;
  z = MAX(x++, y++);
  printf("x=%d y=%d z=%d\n", x, y, z);
    //输出的结果是什么?
  return 0;
}

预处理器处理之后的结果:

z = ( (x++) > (y++) ? (x++) : (y++));

  • 在这个例子中,x和y都被传递给了MAX宏,并且它们都带有递增的副作用。由于MAX宏中的条件运算符(a) > (b) ? (a) : (b)会对其中的参数进行求值,这可能导致参数被递增多次。
  • 然而,在这个特定的MAX宏定义中,每个参数只出现一次,在条件运算符的左侧用于比较,在右侧用于作为结果返回。因此,每个参数只会被递增一次。
  • x++ 执行,x 的值变为 6,但表达式的结果是 5。
  • y++ 执行,y 的值变为 9,但表达式的结果是 8。
  • 比较 5 和 8,5 不大于 8,三目运算符选择 (y++),即 y 再次递增,现在 y 变为 10,表达式的结果是 9。
  • 所以输出的结果是:x=6 y=10 z=9

六、宏替换的规则

在程序中扩展#define定义符号和宏时,需要涉及几个步骤。

1. 在调用宏时,首先对参数进行检查,看看是否包含任何由#define定义的符号。如果是,它们首先被替换。

2. 替换文本随后被插入到程序中原来文本的位置。对于宏,参数名被他们的值所替换。

3. 最后,再次对结果文件进行扫描,看看它是否包含任何由#define定义的符号。如果是,就重复上述处理过程。

注意:
1. 宏参数和#define 定义中可以出现其他#define定义的符号。但是对于宏,不能出现递归。
2. 当预处理器搜索#define定义的符号的时候,字符串常量的内容并不被搜索。

七、宏与函数的对比

宏通常被应用于执行简单的运算。

比如在两个数中找出较大的一个时,写成下面的宏,更有优势一些。

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

那为什么不用函数来完成这个任务?

原因有二:

1. 用于调用函数和从函数返回的代码可能比实际执行这个小型计算工作所需要的时间更多。所以宏比函数在程序的规模和速度方面更胜一筹。

2. 更为重要的是函数的参数必须声明为特定的类型。所以函数只能在类型合适的表达式上使用。反之,这个宏怎可以适用于整形、长整型、浮点型等可以用于 > 来比较的类型。宏是类型无关的。

和函数相比宏的劣势:

1. 每次使用宏的时候,一份宏定义的代码将插入到程序中。除非宏比较短,否则可能大幅度增加程序的长度。

2. 宏是没法调试的。

3. 宏由于类型无关,也就不够严谨。

4. 宏可能会带来运算符优先级的问题,导致程容易出现错。

宏有时候可以做函数做不到的事情。比如:宏的参数可以出现类型,但是函数做不到。

#define MALLOC(num, type)\

(type )malloc(num sizeof(type))

...

//使用

MALLOC(10, int);//类型作为参数

 

//预处理器替换之后:

(int )malloc(10 sizeof(int));

宏和函数的一个对比

今天就先到这了!!!

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