• C/C++ 中的宏/Macro

    宏（Macro）本质上就是代码片段，通过别名来使用。在编译前的预处理中，宏会被替换为真实所指代的代码片段，即下图中 Preprocessor 处理的部分。

    C/C++ 代码编译过程

    C/C++ 代码编译过程 - 图片来自 ntu.edu.sg

    根据用法的不同，分两种，Object-like 和 Function-like。前者用于 Object 对象，后者用于函数方法。

    C/C++ 代码编译过程中，可通过相应参数来获取到各编译步骤中的产出，比如想看被预处理编译之后的宏，使用 gcc 使加上 -E 参数。

    $ gcc -E macro.c

    宏的定义

    通过 #define 指令定义一个宏。

    #define NAME_OF_MACRO value

    比如，以下代码定义了一个名为 BUFFER_SIZE 的宏，指代 1024 这个数字。

    #define BUFFER_SIZE 1024

    使用时，

    foo = (char *) malloc (BUFFER_SIZE);

    使用预处理器编译：

    $ gcc -E test.c

    编译结果：

    foo = (char *) malloc (1024);

    多行

    宏的定义是跟随 #define 在一同一行内的，但可通过 反斜杠 实现换行从而定义出多行的宏。

    #include <stdio.h>
#define GREETING_STR 
  "hello 
world"

    int main() {
    
printf(GREETING_STR);
    
return 0;
    
}

    多行的宏经过编译后会还原到一行中。

    test.c

    #include <stdio.h>
#define GREETING_STR 
  "hello 
world"

    int main() { printf(GREETING_STR); }

    编译后：

    int main() {
  printf("hello world");
  return 0;
}

    宏展开时的顺序

    宏的展开是在处理源码时按照其出现位置进行的，如果宏定义有嵌套关系，也是层层进行展开，比如：

    #include <stdio.h>

    define GREETING_NAME "wayou"
    

    define GREETING "hello," GREETING_NAME
    

    int main() {
    
printf(GREETING);
    
return 0;
    
}

    首先遇到 GREETING，将其展开成 GREETING_NAME "wayou"，然后发现另一个宏 GREETING_NAME，将其展开最后得到 "hello," "wayou"。所以编译后的代码为：

    int main() {
  printf("hello," "wayou");
  return 0;
}

    其展开的顺序并不是宏定义时的顺序，为了验证，可将上面示例代码中两个宏的定义调换一下，得到：

    -#define GREETING_NAME "wayou"
#define GREETING "hello," GREETING_NAME
+#define GREETING_NAME "wayou"

    再次编译查看产出，会发现没有区别，也不会报 GREETING 中所依赖的 GREETING_NAME 找不到的错。其实 #define 只是告诉编译器定义了这么个宏，而具体的求值，则是使用宏的地方才开始的。

    像下面这样，当宏存在覆盖时，会以新的为准，其结果为 37。

    #define BUFSIZE 1020
#define TABLESIZE BUFSIZE
#undef BUFSIZE
#define BUFSIZE 37

    Object-like 宏

    Object-like 类型的宏看起来就像普通的数据对象，故名。多用于数字常量的情形下。且宏名一般使用全大写形式方便识别。像上面示例中，都是 Object-like 的。

    Function-like 宏

    也可定义出使用时像是方法调用一样的宏，这便是 Function-like 类型的宏。

    #define lang_init()  c_init()
lang_init()

    // 编译后
    
c_init()

    函数类型的宏只在以方法调用形式使用时才会被展开，即名称后加括号，否则会被忽略。当宏名和函数名重名时，这一策略就会显得有用了，比如：

    extern void foo(void);
#define foo() /* optimized inline version */
…
  foo();
  funcptr = foo;

    这里 foo() 的调用会来自宏里面定义的那个函数，而 funcptr 会正确地指向函数地址，如果后者也被宏展开，则成了 funptr=foo() 显然就不对了。

    函数类型的宏在定义时需注意，宏名与后面括号不能有空格，否则就是普通的 Object-like 类型对象。

    #define lang_init ()    c_init()
lang_init()

    // 编译后：
    
() c_init()()

    宏的参数

    函数类型的宏，可以像正常函数一样指定入参，入参需为逗号分隔合法的 C 字面量。

    #define min(X, Y)  ((X) < (Y) ? (X) : (Y))
  x = min(a, b);          →  x = ((a) < (b) ? (a) : (b));
  y = min(1, 2);          →  y = ((1) < (2) ? (1) : (2));
  z = min(a + 28, *p);    →  z = ((a + 28) < (*p) ? (a + 28) : (*p));

    入参中的括号

    入参中只需要括号对称，但不要求方括号或花括号成对出现，所以下面的代码：

    macro (array[x = y, x + 1])

    其入参实际为 array[x = y 和 x + 1]。

    入参的展开

    入参本质上也是宏，对象类型的宏，在函数宏展示时，这些参数也被展示到了函数宏的函数体里。

     min (min (a, b), c)

    首先被展开成：

    min (((a) < (b) ? (a) : (b)), (c))

    然后进一步展开成（此处换行为方便阅读，实际编译后没有）：

    ((((a) < (b) ? (a) : (b))) < (c)
 ? (((a) < (b) ? (a) : (b)))
 : (c))

    参数的缺省

    函数宏在使用时其入参可缺省，但不能全部缺省，至少提供一个入参。

    min(, b)        → ((   ) < (b) ? (   ) : (b))
min(a, )        → ((a  ) < ( ) ? (a  ) : ( ))
min(,)          → ((   ) < ( ) ? (   ) : ( ))
min((,),)       → (((,)) < ( ) ? ((,)) : ( ))

    min()      error→ macro "min" requires 2 arguments, but only 1 given
    
min(,,)    error→ macro "min" passed 3 arguments, but takes just 2

    字符化/Stringizing

    如果函数宏中入参在字符串中，是不会被展开的，它就是普通的字符串字面量，这样的结果是符合预期的。

    #define foo(x) x, "x"
foo(bar)        → bar, "x"

    但如果确实想将入参展开成字符串，可在使用入参时，加上 # 前缀。

    #define WARN_IF(EXP) 
do { if (EXP) 
        fprintf (stderr, "Warning: " #EXP "
"); } 
while (0)
WARN_IF (x == 0);
     → do { if (x == 0)
           fprintf (stderr, "Warning: " "x == 0" "
"); } while (0);

    此处 #EXP 在字符串中会被正确展开。What's more, 如果这里的 x 也是宏，那只会在 if 语句中进行展开。

    拼接

    通过 ## 可将两个宏展开成一个，即将两者进行了拼接，这种操作叫 "token pasting"，或 "token concatenation"，就是拼接嘛。

    宏拼接一般用在需要拼接的宏是来自宏参数的情况，其他情况，大可直接将两个宏写在一起即可，用不着 ## 指令。

    考察下面这个场景，其中命令名重复出现：

    struct command
{
  char *name;
  void (*function) (void);
};

    struct command commands[] =
    
{
    
{ "quit", quit_command },
    
{ "help", help_command },
    
…
    
};

    通过定义宏配合拼接，可达到精简代码的目的：

    #define COMMAND(NAME)  { #NAME, NAME ## _command }

    struct command commands[] =
    
{
    
COMMAND (quit),
    
COMMAND (help),
    
…
    
};

    不定参数

    像普通函数一样，函数类型的宏也可定义接收不定参数。

    #define eprintf(…) fprintf (stderr, __VA_ARGS__)

    调用时，命名参数后面，包括逗号都会进入到 __VA_ARGS__ 关键字当中。但 C++ 中还支持对这些参数命名从而不用 __VA_ARGS__。

    eprintf ("%s:%d: ", input_file, lineno)

    // 编译后：
    
fprintf (stderr, "%s:%d: ", input_file, lineno)

    C++ 中可这么写：

    #define eprintf(args…) fprintf (stderr, args)

    不定参数与命名参数混合的情况

    不定参数为命名参数后面省略的部分。

    #define eprintf(format, …) fprintf (stderr, format, __VA_ARGS__)

    预设的宏

    标准库及编译器中预设了一些有用的宏，可以在这里 查阅。

    取消和重置宏

    当某个宏不再使用时，可通过 #undef 将取注销掉。#undef 后紧跟宏名，后面不要跟其他东西，即使是函数类型的宏。

    #define FOO 4
x = FOO;        → x = 4;
#undef FOO
x = FOO;        → x = FOO;

    两个宏相似的定义

    满足以下条件时，我们认为两者是相似的：

    • 类型相同，比如同为对象类型，或函数类型的宏
    • 展开后各位置的符号（token）相同
    • 如果是函数宏，入参相同
    • 空白的不限但出现的位置相同

    比如，下面这些是相似的：

    #define FOUR (2 + 2)
#define FOUR         (2    +    2)
#define FOUR (2 /* two */ + 2)

    而下面这些则不然：

    #define FOUR (2 + 2)
#define FOUR ( 2+2 ) // 空白位置不一样 
#define FOUR (2 * 2) // 宏的内容不一样
#define FOUR(score,and,seven,years,ago) (2 + 2) // 入参不一样

    宏重复定义时的表现

    对于使用了 #undef 注销过的宏，再次定义同名的宏时，要求新定义的宏不与老的相似。

    而如果说一个已经存在的宏，并没有注销，重复定义时，如果相似，则新的定义会忽略，如果不相似，编译器会报警告同时使用新定义的宏。这允许在多个文件中定义同一个宏。

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  • 原文地址：https://www.cnblogs.com/Wayou/p/macros_in_c_and_cpp.html
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