[C++] C++中的宏定义详解

转载自：C++中的宏定义 和 C++宏定义详解

一、#define解析

    #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一定的方便，并能在一定程度上提高程序的运行效率，但学生在学习时往往不能 理解该命令的本质，总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，另一种是带参数的宏定义。

（1）不带参数的宏定义：

宏定义又称为宏代换、宏替换，简称“宏”。

　　格式：

　　#define 标识符 字符串

　　其中的标识符就是所谓的符号常量，也称为“宏名”。

　　预处理（预编译）工作也叫做宏展开：将宏名替换为字符串。

　　掌握"宏"概念的关键是“换”。一切以换为前提、做任何事情之前先要换，准确理解之前就要“换”。

　　即在对相关命令或语句的含义和功能作具体分析之前就要换：

　　例：

　　#define PI 3.1415926

　　把程序中出现的PI全部换成3.1415926

　　说明：

　　（1）宏名一般用大写

　　（2）使用宏可提高程序的通用性和易读性，减少不一致性，减少输入错误和便于修改。例如：数组大小常用宏定义

　　（3）预处理是在编译之前的处理，而编译工作的任务之一就是语法检查，预处理不做语法检查。

　　（4）宏定义末尾不加分号；

　　（5）宏定义写在函数的花括号外边，作用域为其后的程序，通常在文件的最开头。

　　（6）可以用#undef命令终止宏定义的作用域

　　（7）宏定义可以嵌套

　　（8）字符串" "中永远不包含宏

　　（9）宏定义不分配内存，变量定义分配内存。

（2）带参数的宏定义：

除了一般的字符串替换，还要做参数代换

　　格式：

　　#define 宏名（参数表） 字符串

　　例如：#define S(a,b) a*b

　　area=S(3,2)；第一步被换为area=a*b; ，第二步被换为area=3*2;

　　类似于函数调用，有一个哑实结合的过程：

　　（1）实参如果是表达式容易出问题

　　#define S(r) r*r

　　area=S(a+b);第一步换为area=r*r;,第二步被换为area=a+b*a+b;

　　正确的宏定义是#define S(r) ((r)*(r))

　　（2）宏名和参数的括号间不能有空格

　　（3）宏替换只作替换，不做计算，不做表达式求解

　　（4）函数调用在编译后程序运行时进行，并且分配内存。宏替换在编译前进行，不分配内存

　　（5）宏的哑实结合不存在类型，也没有类型转换。

　　（6）函数只有一个返回值，利用宏则可以设法得到多个值

　　（7）宏展开使源程序变长，函数调用不会

　　（8）宏展开不占运行时间，只占编译时间，函数调用占运行时间（分配内存、保留现场、值传递、返回值）

1.2 宏替换发生的时机

    为了能够真正理解#define的作用，让我们来了解一下对C语言源程序的处理过程。当我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，实际经过了预处理、编译、汇编和连接几个过程。其中预处理器产生编译器的输出，它实现以下的功能：
（1）文件包含
    可以把源程序中的#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，通常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。
    经过预处理器处理的源程序与之前的源程序有所有不同，在这个阶段所进行的工作只是纯粹的替换与展开，没有任何计算功能，所以在学习#define命令时只要能真正理解这一点，这样才不会对此命令引起误解并误用。

 

1.3 ANSI标准说明了五个预定义的宏名

它们是：

_LINE_ /*(两个下划线)，对应%d*/
_FILE_ /*对应%s*/
_DATE_ /*对应%s*/
_TIME_ /*对应%s*/

二、宏定义的使用方法

 1、#define用法

　1.1 用无参宏定义一个简单的常量

　　#define LEN 12

　　这个是最常见的用法，但也会出错。

　　比如下面几个知识点你会吗？可以看下：

　　（1） #define NAME "zhangyuncong"

　　程序中有"NAME"则，它会不会被替换呢？

　　（2） #define 0x abcd

　　可以吗？也就是说，可不可以用把标识符的字母替换成别的东西？

　　（3） #define NAME "zhang

　　这个可以吗？

　　（4） #define NAME "zhangyuncong"

　　程序中有上面的宏定义，并且，程序里有句：

　　NAMELIST这样，会不会被替换成"zhangyuncong"LIST

　　四个题答案都是否定的。

　　第一个，""内的东西不会被宏替换。这一点应该大都知道。

　　第二个，宏定义前面的那个必须是合法的用户标识符

　　第三个，宏定义也不是说后面东西随便写，不能把字符串的两个""拆开。

　　第四个：只替换标识符，不替换别的东西。NAMELIST整体是个标识符，而没有NAME标识符，所以不替换。

　　也就是说，这种情况下记住：#define 第一位置第二位置

　　（1） 不替换程序中字符串里的东西。

　　（2） 第一位置只能是合法的标识符（可以是关键字）

　　（3） 第二位置如果有字符串，必须把""配对。

　　（4） 只替换与第一位置完全相同的标识符

　　还有就是老生常谈的话：记住这是简单的替换而已，不要在中间计算结果，一定要替换出表达式之后再算。

1.2、 带参宏一般用法

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

　　则遇到MAX(1+2,value)则会把它替换成：

　　((1+2)>(value)?(1+2):(value))

　　注意事项和无参宏差不多。

　　但还是应注意

　　#define FUN(a) "a"

　　则，输入FUN(345)会被替换成什么？

　　其实，如果这么写，无论宏的实参是什么，都不会影响其被替换成"a"的命运。

　　也就是说，""内的字符不被当成形参，即使它和一模一样。

　　那么，你会问了，我要是想让这里输入FUN(345)它就替换成"345"该怎么实现呢？

　　请看下面关于#的用法

　1.3、 有参宏定义中#的用法

　　#define STR(str) #str

　　#用于把宏定义中的参数两端加上字符串的""

　　比如，这里STR(my#name)会被替换成"my#name"

　　一般由任意字符都可以做形参，但以下情况会出错：

　　STR())这样，编译器不会把“)”当成STR()的参数。

　　STR(,)同上，编译器不会把“,”当成STR的参数。

　　STR(A,B)如果实参过多，则编译器会把多余的参数舍去。（VC++2008为例）

　　STR((A,B))会被解读为实参为：(A,B)，而不是被解读为两个实参，第一个是(A第二个是B)。

　1.4、 有参宏定义中##的用法

　　#define WIDE(str) L##str

　　则会将形参str的前面加上L

　　比如：WIDE("abc")就会被替换成L"abc"

　　如果有#define FUN(a,b) vo##a##b()

　　那么FUN(id ma,in)会被替换成void main()

　1.5、 多行宏定义：　　

#define doit(m,n) for(int i=0;i<(n);++i)\

　　{\

　　m+=i;\

　　}

2. 宏中"#"和"##"的用法：

2.1 一般用法 
我们使用#把宏参数变为一个字符串,用##把两个宏参数贴合在一起. 
用法:

#include<cstdio>
#include<climits>
using namespace std; 

#define STR(s)     #s
#define CONS(a,b)  int(a##e##b) 

int main()
{
    printf(STR(vck));           // 输出字符串"vck"
    printf("%d/n", CONS(,));  // 2e3 输出:2000
    return ;
} 

2.2、当宏参数是另一个宏的时候 

需要注意的是凡宏定义里有用'#'或'##'的地方宏参数是不会再展开.

(1) 非'#'和'##'的情况 

#define TOW      (2)
#define MUL(a,b) (a*b) 

printf("%d*%d=%d/n", TOW, TOW, MUL(TOW,TOW));
//这行的宏会被展开为：
printf("%d*%d=%d/n", (), (), (()*()));
//MUL里的参数TOW会被展开为(2). 

(2) 当有'#'或'##'的时候 

#define A          (2)
#define STR(s)     #s
#define CONS(a,b)  int(a##e##b) 

printf("int max: %s/n",  STR(INT_MAX));    // INT_MAX #include<climits>
//这行会被展开为：
printf("int max: %s/n", "INT_MAX"); 

printf("%s/n", CONS(A, A));               // compile error
//这一行则是：
printf("%s/n", int(AeA)); 

INT_MAX和A都不会再被展开, 然而解决这个问题的方法很简单. 加多一层中间转换宏. 
加这层宏的用意是把所有宏的参数在这层里全部展开, 那么在转换宏里的那一个宏(_STR)就能得到正确的宏参数.

#define A           (2)
#define _STR(s)     #s
#define STR(s)      _STR(s)          // 转换宏
#define _CONS(a,b)  int(a##e##b)
#define CONS(a,b)   _CONS(a,b)       // 转换宏 

printf("int max: %s/n", STR(INT_MAX));          // INT_MAX,int型的最大值,为一个变量 #include<climits>
//输出为: int max: 0x7fffffff
STR(INT_MAX) -->  _STR(0x7fffffff) 然后再转换成字符串; 

printf("%d/n", CONS(A, A));
//输出为：200
CONS(A, A)  -->  _CONS((), ())  --> int(()e())

 2.3、'#'和'##'的一些应用特例

(1) 合并匿名变量名

#define  ___ANONYMOUS1(type, var, line)  type  var##line

#define  __ANONYMOUS0(type, line)  ___ANONYMOUS1(type, _anonymous, line)

#define  ANONYMOUS(type)  __ANONYMOUS0(type, __LINE__)

例：ANONYMOUS(static int);  即: static int _anonymous70;  70表示该行行号;

第一层：

ANONYMOUS(static int);  -->  __ANONYMOUS0(static int, __LINE__);

第二层：

 -->  ___ANONYMOUS1(static int, _anonymous, );                      

第三层：

   -->  static int  _anonymous70;

即每次只能解开当前层的宏,所以__LINE__在第二层才能被解开;

(2) 填充结构

#define  FILL(a)   {a, #a}

enum IDD{OPEN, CLOSE};

typedef struct MSG{

  IDD id;

  const char * msg;

}MSG;

MSG _msg[] = {FILL(OPEN), FILL(CLOSE)};

相当于：

MSG _msg[] = {{OPEN, "OPEN"},

              {CLOSE, "CLOSE"}};

(3) 记录文件名

#define  _GET_FILE_NAME(f)   #f

#define  GET_FILE_NAME(f)    _GET_FILE_NAME(f)

static char  FILE_NAME[] = GET_FILE_NAME(__FILE__);

(4) 得到一个数值类型所对应的字符串缓冲大小

#define  _TYPE_BUF_SIZE(type)  sizeof #type

#define  TYPE_BUF_SIZE(type)   _TYPE_BUF_SIZE(type)

char  buf[TYPE_BUF_SIZE(INT_MAX)];

     -->  char  buf[_TYPE_BUF_SIZE(0x7fffffff)];

     -->  char  buf[sizeof "0x7fffffff"];

这里相当于：

char  buf[];