宏定義是C提供的三種預處理功能的其中一種,這三種預處理包括:宏定義、文件包含、條件編譯。
1.不帶參數的宏定義:
宏定義又稱為宏代換、宏替換,簡稱“宏”。
格式: #define 標識符 字符串
其中的標識符就是所謂的符號常量,也稱為“宏名”,字符串可以是常數、表達式、格式串等。 在編譯預處理時,對程序中所有出現的“宏名”,都用宏定義中的字符串去代換,這稱為“宏代換”或“宏展開”。宏定義是由源程序中的宏定義命令完成的。宏代換是由預處理程序自動完成的。
掌握"宏"概念的關鍵是“換”。一切以換為前提、做任何事情之前先要換,准確理解之前就要“換”。 即在對相關命令或語句的含義和功能作具體分析之前就要換:
例: #define PI 3.1415926
把程序中出現的PI全部換成3.1415926
說明:
(1)宏名一般用大寫 ;
(2)使用宏可提高程序的通用性和易讀性,減少不一致性,減少輸入錯誤和便於修改。例如:數組大小常用宏定義 ;
(3)預處理是在編譯之前的處理,而編譯工作的任務之一就是語法檢查,預處理不做語法檢查;
(4)宏定義末尾不加分號;
(5)宏定義寫在函數的花括號外邊,作用域為其后的程序,通常在文件的最開頭;
(6)可以用#undef命令終止宏定義的作用域 ;
(7)宏定義可以嵌套;
(8)字符串" "中永遠不包含宏;
(9)宏定義不分配內存,變量定義分配內存;
(10)宏定義不存在類型問題,它的參數也是無類型的。
2.帶參數的宏定義(函數式宏定義):
除了一般的字符串替換,還要做參數代換。 若字符串是表達式,我們稱之為函數式宏定義。
格式:
#define 宏名(參數表) 字符串
2.1 例如:#define S(a,b) a*b
area=S(3,2);第一步被換為area=a*b; ,第二步被換為area=3*2;
類似於函數調用,有一個啞實結合的過程:
(1)實參如果是表達式容易出問題 #define S(r) r*r area=S(a+b);第一步換為area=r*r;,第二步被換為area=a+b*a+b;
正確的宏定義是#define S(r) ((r)*(r))
(2)宏名和參數的括號間不能有空格
(3)宏替換只作替換,不做計算,不做表達式求解
(4)函數調用在編譯后程序運行時進行,並且分配內存。宏替換在編譯前進行,不分配內存
(5)宏的啞實結合不存在類型,也沒有類型轉換。
(6)函數只有一個返回值,利用宏則可以設法得到多個值
(7)宏展開使源程序變長,函數調用不會
(8)宏展開不占運行時間,只占編譯時間,函數調用占運行時間(分配內存、保留現場、值傳遞、返回值)
2.2 下面比較函數式宏定義和普通函數的區別:
函數式宏定義:#define MAX(a,b) ((a)>(b)?(a):(b))
普通函: MAX(a,b) { return a>b?a:b;}
(1)函數式宏定義的參數沒有類型,預處理器只負責做形式上的替換,而不做參數類型檢查,所以傳參時要格外小心。
(2)調用真正函數的代碼和調用函數式宏定義的代碼編譯生成的指令不同。
如果MAX是個普通函數,那么它的函數體return a > b ? a : b; 要編譯生成指令,代碼中出現的每次調用也要編譯生成傳參指令和call指令。而如果MAX是個函數式宏定義,這個宏定義本身倒不必編譯生成指令,但是代碼中出現的每次調用編譯生成的指令都相當於一個函數體,而不是簡單的幾條傳參指令和call指令。所以,使用函數式宏定義編譯生成的目標文件會比較大。
(3)函數式宏定義要注意格式,尤其是括號。
如果上面的函數式宏定義寫成 #define MAX(a, b) (a>b?a:b),省去內層括號,則宏展開就成了k = (i&0x0f>j&0x0f?i&0x0f:j&0x0f),運算的優先級就錯了。同樣道理,這個宏定義的外層括號也是不能省的。若函數中是宏替換為 ++MAX(a,b),則宏展開就成了 ++(a)>(b)?(a):(b),運算優先級也是錯了。
(4)若函數參數為表達式,則普通函數的調用與函數式宏定義的替換過程是不一樣的。
普通函數調用時先求實參表達式的值再傳給形參,如果實參表達式有Side Effect,那么這些SideEffect只發生一次。例如MAX(++a, ++b),如果MAX是普通函數,a和b只增加一次。但如果MAX函數式宏定義,則要展開成k = ((++a)>(++b)?(++a):(++b)),a和b就不一定是增加一次還是兩次了。所以若參數是表達式,替換函數式宏定義時一定要仔細看好。
(5)函數式宏定義往往會導致較低的代碼執行效率:
#define MAX(a, b) ((a)>(b)?(a):(b)) int a[] = { 9, 3, 5, 2, 1, 0, 8, 7, 6, 4 }; int max(int n) { return n == 0 ? a[0] : MAX(a[n], max(n-1)); } int main(void) { max(9); return 0; }
若是普通函數,則通過遞歸,可取的最大值,時間復雜度為O(n)。但若是函數式宏定義,則宏展開為( a[n]>max(n-1)?a[n]:max(n-1) ),其中max(n-1)被調用了兩遍,這樣依此遞歸下去,時間復雜度會很高。
盡管函數式宏定義和普通函數相比有很多缺點,但只要小心使用還是會顯著提高代碼的執行效率,畢竟省去了分配和釋放棧幀、傳參、傳返回值等一系列工作,因此那些簡短並且被頻繁調用的函數經常用函數式宏定義來代替實現。
3.宏定義其他冷門、重點知識
#define用法
3.1 用無參宏定義一個簡單的常量
#define LEN 12 這個是最常見的用法,但也會出錯。
比如下面幾個知識點你會嗎?可以看下:
(1) #define NAME "zhangyuncong"
程序中有"NAME"則,它會不會被替換呢?
(2) #define 0x abcd 可以嗎?也就是說,可不可以用把標識符的字母替換成別的東西?
(3) #define NAME "zhang 這個可以嗎?
(4) #define NAME "zhangyuncong"
程序中有上面的宏定義,並且,程序里有句: NAMELIST這樣,會不會被替換成"zhangyuncong"LIST
四個題答案都是十分明確的。
第一個,""內的東西不會被宏替換。這一點應該大都知道。
第二個,宏定義前面的那個必須是合法的用戶標識符
第三個,宏定義也不是說后面東西隨便寫,不能把字符串的兩個""拆開。
第四個:只替換標識符,不替換別的東西。NAMELIST整體是個標識符,而沒有NAME標識符,所以不替換。
也就是說,這種情況下記住:#define 第一位置第二位置
(1) 不替換程序中字符串里的東西。
(2) 第一位置只能是合法的標識符(可以是關鍵字)
(3) 第二位置如果有字符串,必須把""配對。
(4) 只替換與第一位置完全相同的標識符
還有就是老生常談的話:記住這是簡單的替換而已,不要在中間計算結果,一定要替換出表達式之后再算。
3.2 帶參宏一般用法
比如#define MAX(a,b) ((a)>(b)?(a):(b))
則遇到MAX(1+2,value)則會把它替換成: ((1+2)>(value)?(1+2):(value))
注意事項和無參宏差不多。 但還是應注意
#define FUN(a) "a" 則,輸入FUN(345)會被替換成什么?
其實,如果這么寫,無論宏的實參是什么,都不會影響其被替換成"a"的命運。 也就是說,""內的字符不被當成形參,即使它和一模一樣。 那么,你會問了,我要是想讓這里輸入FUN(345)它就替換成"345"該怎么實現呢? 請看下面關於#的用法
3.3 有參宏定義中#的用法
#define STR(str) #str
#用於把宏定義中的參數兩端加上字符串的""
比如,這里STR(my#name)會被替換成"my#name"
一般由任意字符都可以做形參,但以下情況會出錯:
STR())這樣,編譯器不會把“)”當成STR()的參數。
STR(,)同上,編譯器不會把“,”當成STR的參數。
STR(A,B)如果實參過多,則編譯器會把多余的參數舍去。(VC++2008為例) STR((A,B))會被解讀為實參為:(A,B),而不是被解讀為兩個實參,第一個是(A第二個是B)。
3.4 有參宏定義中##的用法
#define WIDE(str) L##str 則會將形參str的前面加上L
比如:WIDE("abc")就會被替換成L"abc"
如果有#define FUN(a,b) vo##a##b()
那么FUN(id ma,in)會被替換成void main()
3.5 多行宏定義:
#define doit(m,n) for(int i=0;i<(n);++i)\ {\ m+=i;\ }
