宏定义（3）

1、#define的基本用法

    #define是C语言中提供的宏定义命令，其主要目的是为程序员在编程时提供必定的方便，并能在必定程度上提升程序的运行效率，但学生在学习时每每不能 理解该命令的本质，老是在此处产生一些困惑，在编程时误用该命令，使得程序的运行与预期的目的不一致，或者在读别人写的程序时，把运行结果理解错误，这对 C语言的学习很不利。

1　#define命令剖析

1.1   #define的概念

    #define命令是C语言中的一个宏定义命令，它用来将一个标识符定义为一个字符串，该标识符被称为宏名，被定义的字符串称为替换文本。
该命令有两种格式：一种是简单的宏定义，另外一种是带参数的宏定义。

(1)简单的宏定义：

1. #define <宏名>　　<字符串>
   

2. 例： #define PI 3.1415926

(2) 带参数的宏定义
 

1. #define <宏名> (<参数表>) <宏体>
   

2. 例： #define A(x) x

    一个标识符被宏定义后，该标识符即是一个宏名。这时，在程序中出现的是宏名，在该程序被编译前，先将宏名用被定义的字符串替换，这称为宏替换，替换后才进行编译，宏替换是简单的替换。

1.2 宏替换发生的时机

    为了可以真正理解#define的做用，让咱们来了解一下对C语言源程序的处理过程。当咱们在一个集成的开发环境如Turbo C中将编写好的源程序进行编译时，实际通过了预处理、编译、汇编和链接几个过程。其中预处理器产生编译器的输出，它实现如下的功能：
（1）文件包含
    能够把源程序中的#include 扩展为文件正文，即把包含的.h文件找到并展开到#include 所在处。
（2）条件编译
    预处理器根据#if和#ifdef等编译命令及其后的条件，将源程序中的某部分包含进来或排除在外，一般把排除在外的语句转换成空行。
（3）宏展开
    预处理器将源程序文件中出现的对宏的引用展开成相应的宏 定义，即本文所说的#define的功能，由预处理器来完成。
    通过预处理器处理的源程序与以前的源程序有全部不一样，在这个阶段所进行的工做只是纯粹的替换与展开，没有任何计算功能，因此在学习#define命令时只要能真正理解这一点，这样才不会对此命令引发误解并误用。

2　#define使用中的常见问题解析

2.1 简单宏定义使用中出现的问题

    在简单宏定义的使用中，当替换文本所表示的字符串为一个表达式时，容易引发误解和误用。以下例：
   

1. 例1 #define N 2+2
   

2. void main()
   

3. {
   

4.    int a=N*N;
   

5.    printf(“%d”,a);
   

6. }

    (1) 出现问题：

 

    在此程序中存在着宏定义命令，宏N表明的字符串是2+2，在程序中有对宏N的使用，通常同窗在读该程序时，容易产生的问题是先求解N为2＋2＝4，而后在程序中计算a时使用乘法，即N*N=4*4=16,其实该题的结果为8，为何结果有这么大的误差?

    (2) 问题解析：

 

    如1节所述，宏展开是在预处理阶段完成的，这个阶段把替换文本只是看做一个字符串，并不会有任何的计算发生，在展开时是在宏N出现的地方 只是简单地使用串2＋2来代替N，并不会增添任何的符号，因此对该程序展开后的结果是a=2+2*2+2，计算后=8，这就是宏替换的实质，如何写程序才能完成结果为16的运算呢？

    (3)解决办法：

 

1. /*将宏定义写成以下形式*/
   

2. #define N (2+2)
   

3. /*这样就可替换成(2+2)*(2+2)=16*/

2.2 带参数的宏定义出现的问题

    在带参数的宏定义的使用中，极易引发误解。例如咱们须要作个宏替换能求任何数的平方，这就须要使用参数，以便在程序中用实际参数来替换宏定义中的参数。通常学生容易写成以下形式：

1. #define area(x) x*x
   

2. /*这在使用中是很容易出现问题的，看以下的程序*/
   

3. 
   

4. void main()
   

5. {
   

6.     int y = area(2+2);
   

7.     printf(“%d”,y);
   

8. }

    按理说给的参数是2+2，所得的结果应该为4*4=16，可是错了，由于该程序的实际结果为8，仍然是没能遵循纯粹的简单替换的规则，又是先计算再替换 了，在这道程序里，2+2即为area宏中的参数，应该由它来替换宏定义中的x，即替换成2+2*2+2=8了。那若是遵循(1)中的解决办法，把2+2 括起来，即把宏体中的x括起来，是否能够呢？#define area(x) (x)*(x)，对于area(2+2)，替换为(2+2)*(2+2)=16，能够解决，可是对于area(2+2)/area(2+2)又会怎么样呢，有 的学生一看到这道题立刻给出结果，由于分子分母同样，又错了，仍是忘了遵循先替换再计算的规则了，这道题替换后会变为 (2+2)*(2+2)/(2+2)*(2+2)即4*4/4*4按照乘除运算规则，结果为16/4*4=4*4=16，那应该怎么呢？解决方法是在整个 宏体上再加一个括号，即#define   area(x) ((x)*(x))，不要以为这不必，没有它，是不行的。
    要想可以真正使用好宏定义，那么在读别人的程序时，必定要记住先将程序中对宏的使用所有替换成它所表明的字符串，不要自做主张地添加任何其余符号，彻底展开后再进行相应的计算，就不会写错运行结果。

    若是是本身编程使用宏替换，则在使用简单宏定义时，当字符串中不仅一个符号时，加上括号表现出优先级，若是是带参数的宏定义，则要给宏体中的每一个参数加上括号，并在整个宏体上再加一个括号。看到这里，不由要问，用宏定义这么麻烦，这么容易出错，可不能够摒弃它， 那让咱们来看一下在C语言中用宏定义的好处吧。

如：

1. #include <iostream.h>
   

2. #define product(x)    x*x
   

3. int main()
   

4. {
   

5.     int i=3;
   

6.     int j,k;
   

7.     j = product(i++);
   

8.     cout<<"j="<<j<<endl;
   

9.     cout<<"i="<<i<<endl;
   

10.     k = product(++i);
    

11.     cout<<"k="<<k<<endl;
    

12.     cout<<"i="<<i<<endl;
    

13.     return 0;
    

14. }

依次输出结果：

j=9;i=5;k=49;i=7

3 宏定义的优势

(1)   方便程序的修改

    使用简单宏定义可用宏代替一个在程序中常用的常量，这样在将该常量改变时，不用对整个程序进行修改，只修改宏定义的字符串便可，并且当常量比较长时， 咱们能够用较短的有意义的标识符来写程序，这样更方便一些。咱们所说的常量改变不是在程序运行期间改变，而是在编程期间的修改，举一个你们比较熟悉的例 子，圆周率π是在数学上经常使用的一个值，有时咱们会用3.14来表示，有时也会用3.1415926等，这要看计算所须要的精度，若是咱们编制的一个程序中 要屡次使用它，那么须要肯定一个数值，在本次运行中不改变，但也许后来发现程序所表现的精度有变化，须要改变它的值， 这就须要修改程序中全部的相关数值，这会给咱们带来必定的不便，但若是使用宏定义，使用一个标识符来代替，则在修改时只修改宏定义便可，还能够减小输入 3.1415926这样长的数值屡次的状况，咱们能够如此定义 #define   pi   3.1415926，既减小了输入又便于修改，何乐而不为呢？

(2) 提升程序的运行效率

    使用带参数的宏定义可完成函数调用的功能，又能减小系统开 销，提升运行效率。正如C语言中所讲，函数的使用可使程序更加模块化，便于组织，并且可重复利用，但在发生函数调用时，须要保留调用函数的现场，以便子 函数执行结束后能返回继续执行，一样在子函数执行完后要恢复调用函数的现场，这都须要必定的时间，若是子函数执行的操做比较多，这种转换时间开销能够忽 略，但若是子函数完成的功能比较少，甚至于只完成一点操做，如一个乘法语句的操做，则这部分转换开销就相对较大了，但使用带参数的宏定义就不会出现这个问 题，由于它是在预处理阶段即进行了宏展开，在执行时不须要转换，即在当地执行。宏定义可完成简单的操做，但复杂的操做仍是要由函数调用来完成，并且宏定义 所占用的目标代码空间相对较大。因此在使用时要依据具体状况来决定是否使用宏定义。

4 结语

    本文对C语言中宏定义#define在使用时容易出现的问题进行了解析，并从C源程序处理过程的角度对#define的处理进行了分析，也对它的优势进行 了阐述。只要可以理解宏展开的规则，掌握使用宏定义时，是在预处理阶段对源程序进行替换，只是用对应的字符串替换程序中出现的宏名，这样就可在正确使用的 基础上充分享受使用宏定义带来的方便和效率了

2、define中的三个特殊符号：#，##，#@

1. #define Conn(x,y) x##y
   

2. #define ToChar(x) #@x
   

3. #define ToString(x) #x

(1)x##y表示什么？表示x链接y，举例说：

1. int n = Conn(123,456); /* 结果就是n=123456;*/
   

2. char* str = Conn("asdf", "adf"); /*结果就是 str = "asdfadf";*/

（2）再来看#@x ，其实就是给x加上单引号，结果返回是一个const char。举例说：

char a = ToChar(1);结果就是a='1';
作个越界试验char a = ToChar(123);结果就错了;
可是若是你的参数超过四个字符，编译器就给给你报错了！

error C2015: too many characters in constant   ：P

(3）最后看看#x,估计你也明白了，他是给x加双引号

char* str = ToString(123132);就成了str="123132";

3、经常使用的一些宏定义

1 防止一个头文件被重复包含

1. #ifndef BODYDEF_H
   

2. #define BODYDEF_H
   

3.  //头文件内容
   

4. 
   

5. #endif

 

2 获得指定地址上的一个字节或字

1. #define MEM_B( x ) ( *( (byte *) (x) ) )
   

2. #define MEM_W( x ) ( *( (word *) (x) ) )

用法以下：

1. #include <iostream>
   

2. #include <windows.h>
   

3. 
   

4. #define MEM_B(x) (*((byte*)(x)))
   

5. #define MEM_W(x) (*((WORD*)(x)))
   

6. 
   

7. int main()
   

8. {
   

9.     int bTest = 0x123456;
   

10. 
    

11.     byte m = MEM_B((&bTest));/*m=0x56*/
    

12.     int n = MEM_W((&bTest));/*n=0x3456*/
    

13. 
    

14.     return 0;
    

15. }

3 获得一个field在结构体(struct)中的偏移量

 

1. #define OFFSETOF( type, field ) ( (size_t) &(( type *) 0)-> field )

    请参考文章：详解写宏定义：获得一个field在结构体（struct type）中的偏移量。

4 获得一个结构体中field所占用的字节数

1. #define FSIZ( type, field ) sizeof( ((type *) 0)->field )

5 获得一个变量的地址（word宽度）

1. #define B_PTR( var ) ( (byte *) (void *) &(var) )
   

2. #define W_PTR( var ) ( (word *) (void *) &(var) )

6 将一个字母转换为大写

1. #define UPCASE( c ) ( ((c) >= ''a'' && (c) <= ''z'') ? ((c) - 0x20) : (c) )

7 判断字符是否是10进值的数字

1. #define DECCHK( c ) ((c) >= ''0'' && (c) <= ''9'')

8 判断字符是否是16进值的数字

1. #define HEXCHK( c ) ( ((c) >= ''0'' && (c) <= ''9'') ||((c) >= ''A'' && (c) <= ''F'') ||((c) >= ''a'' && (c) <= ''f'') )

9 防止溢出的一个方法

1. #define INC_SAT( val ) (val = ((val)+1 > (val)) ? (val)+1 : (val))

10 返回数组元素的个数

1. #define ARR_SIZE( a ) ( sizeof( (a) ) / sizeof( (a[0]) ) )

11 使用一些宏跟踪调试

ANSI标准说明了五个预约义的宏名。它们是：

1. _LINE_ /*(两个下划线)，对应%d*/
   

2. _FILE_ /*对应%s*/
   

3. _DATE_ /*对应%s*/
   

4. _TIME_ /*对应%s*/