這是2016年的最後一篇博客，年初定的計劃是寫12篇博客，每月一篇，1/3轉載，2/3原創，看來是實現不了了！ -- 題外話。今天要寫的東西是C語言中的預處理器，我們常說的宏定義的用法。為什麼要寫這個東西呢，原因很簡單：之前對預處理了解不深。如果你對C語言只是了解或者是僅僅在大學中學習過C語言，說到預處理估計你只知道下面這條語句：（因為我就是這種情況，哈哈！）
1 #define name value
我再學習預處理直接的驅動力是看了php的源碼，開頭一大推的宏定義器，之前'掌握'的一點#define的用法太少了，根本看不懂源碼中宏的處理邏輯和運行的路徑。所以再學習預處理器很有必要，裡面好多東西其實並不難，只是你沒有接觸到，等你學習了，就感覺容易了。
一、宏定義和使用中的坑
這小節采用先給代碼再說明的形式，這樣你可以看看每個代碼的運行結果是否和你預期的一致！
宏是什麼，宏就是#define機制把指定的參數替換的文本中，這樣的實現方式就是宏。使用宏定義可以抽出頻繁調用的函數，加快執行的速度。定義如下：#define name(參數) 執行體... “參數”可以是使用逗號分隔的參數列表，這些參數可以被應用到執行體中，必須要注意的是“參數”的左括號必須和宏名字緊鄰，不然編輯器會報錯，或者被解釋成執行體中的一部分。比如你寫了一個 TEST(a) a * a 調用執行的時候寫上 TEST(1) 實際執行的是替換後的 1 * 1。
凡事都有利弊，宏定義固然使用方便，並且有著函數不可比擬的執行速度，但是宏定義中存在不少的坑，下面就說一說這個坑。看下面的代碼：
1 #include <stdio.h>
2
3 #define TEST(a) a * a
4
5 int main() {
6 int b = TEST(2);
7 int c = TEST(1+2);
8 printf("b=%d, c=%d", b, c);
9 printf("\n\n");
10 }
沒有執行的情況下，你感覺得到的結果是多少呢！好多人不加思索的說：b=4，c=9。如果真是這樣，就不存在坑了，實際打印出來是：b=4, c=5 ，為什麼c的值和預想的會有偏差，其實你把執行體中的值替換一下試試，就不難發現問題了，當輸入1+2的時候，宏替換成了 1+2*1+2，當然就是5了。好了明白了，那你學會了嗎？學會了再看一個：
1 #include <stdio.h>
2
3 #define TEST(a,b) ((a) > (b) ? (a) : (b))
4
5 int main() {
6 int zyf = 1;
7 int abc = 2;
8 int ret = TEST(zyf++, abc++);
9 printf("zyf=%d,abc=%d,ret=%d", zyf, abc, ret);
10 printf("\n\n");
11 }
輸出多少呢，如果是 zyf=2,abc=3,ret=3 就錯了，實際結果是：zyf=2,abc=4,ret=3 。道理和前面的一樣，只看替換後的結果才能真正看到答案。
這樣的問題防不勝防，怎樣才能解決呢，其實辦法很簡單，錯誤的原因是執行的順序和我們預想的不一樣，那添加小括號應該可以解決這種問題。 比如 (a) * (a)。這樣其實也不是最萬全的辦法，比如你看這個：ADD(a) (a) + (a) ，如果這樣調用：ADD(2) * 5 ，這樣又不行了，被替換成了 (a) + (a) * 5 執行順序和預想的還是不一樣，所以還要在最外層加上括號：((a) + (a))，這樣就解決了。
二、預定義符號
C語言中有幾個預定義的符號，還是有必要和大家說上一說，先看一段代碼：
1 #include <stdio.h>
2 #include <stdlib.h>
3 #define VAR_DUMP printf( \
4 "[\n \tfile:%s\n" \
5 "\tline:%d\n" \
6 "\ttime:%s %s\n" \
7 "\tvalue:%d\n]", \
8 __FILE__, __LINE__, __DATE__, __TIME__, value \
9 )
10 int main() {
11 int value = 1;
12 VAR_DUMP;
13 printf("\n\n");
14 }
是不是和你在大學學習的有點不一樣，最簡單的宏定義可以使用#define name value 的方式，當然也可以把值寫成一個函數，運行的時候直接替換函數。這個宏定義是封裝了調試方法，是打印變量內容能像PHP中var_dump()或者print_r()函數一樣，打印出變量的內容。
從這段代碼中能學習到幾點內容：
1、使用#define可以使任何文本替換到程序中，在主程序中你可以隨意使用VAR_DUMP。
2、宏定義不以分號結束，如果非常長的宏定義，你可以在末尾加上反斜槓來分行，保持代碼易讀性。
3、你可以定義頻繁調用的函數為宏定義，這樣可以加快執行的速速，具體原因後面會說到。
4、C語言有幾個預定的符號需要我們知道，很多時候特別有用：
__FILE__ 預編譯的文件名
__LINE__ 文件當前行的行號（執行到這一行）
__DATE__ 文件編譯的日期
__TIME__ 文件編譯的具體時間
__STDC__ 是否遵循ANSI C (不常用)
最後附上運行結果，如圖：
三、宏替換的過程
在程序的編譯階段，宏先被執行替換，一般要涉及下面的步驟：
1、調用宏的地方看是否 進行了 #define定義，如果是就進行替換。
2、把替換的文本信息插入到替換的位置，其中參數被替換成了實際的值。
3、#define可以包含其他定義的#define定義的東西，需要注意的是不能出現遞歸的情況。
因為替換存在臨近字段自動結合，所以可以使用一些巧妙的方案：
1 #include <stdio.h>
2 #include <stdlib.h>
3
4 #define VAR_DUMP(A,B)\
5 printf("Value of " #B " is " A "\n", B)
6
7 int main(){
8 int x = 1;
9 VAR_DUMP("%d", x+2);
10 }
四、條件編譯和其他宏用法
在大型的C程序中你能看到許多的條件編譯，比如可以根據當前的環境加載不同的宏配置，或者在編譯的時候加上直極預設的編譯條件。這些東西的實現都離不開條件編譯。
1、條件嵌套，#if #endif 原型：
1 #if condition 2 執行體 3 #endif
可以根據condition來確定執行體要不要執行，以此來控制在不同的環境下編譯成不同的系統。看下面的代碼，當把DEBUG定義成非0值時，MAX宏定義是存在的，當定義成0時，程序就會報錯。
1 #include <stdio.h>
2
3 #define DEBUG 0
4 #if DEBUG
5 #define MAX(a) ((a) * (a))
6 #endif
7
8 int main() {
9 int b = MAX(2);
10 int c = MAX(1+2);
11 printf("b=%d, c=%d", b, c);
12 printf("\n\n");
13 }
當然#if 也可以與#elif嵌套使用，這樣就和我們在函數裡使用if else一樣了，下面是一段php源碼中的一段話，你能看到編譯php指定不同的參數，檢查不同的環境等等都可以通過預處理中的條件編譯開完成。
1 #ifndef PHP_H
2 #define PHP_H
3
4 #ifdef HAVE_DMALLOC
5 #include <dmalloc.h>
6 #endif
7
8 #define PHP_API_VERSION 20100412
9 #define PHP_HAVE_STREAMS
10 #define YYDEBUG 0
11
12 #include "php_version.h"
13 #include "zend.h"
14 #include "zend_qsort.h"
15 #include "php_compat.h"
16 #include "zend_API.h"
17
18 #undef sprintf
19 #define sprintf php_sprintf
20
21 /* PHP's DEBUG value must match Zend's ZEND_DEBUG value */
22 #undef PHP_DEBUG
23 #define PHP_DEBUG ZEND_DEBUG
24
25 #ifdef PHP_WIN32
26 # include "tsrm_win32.h"
27 # include "win95nt.h"
28 # ifdef PHP_EXPORTS
29 # define PHPAPI __declspec(dllexport)
30 # else
31 # define PHPAPI __declspec(dllimport)
32 # endif
33 # define PHP_DIR_SEPARATOR '\\'
34 # define PHP_EOL "\r\n"
35 #else
36 # if defined(__GNUC__) && __GNUC__ >= 4
37 # define PHPAPI __attribute__ ((visibility("default")))
38 # else
39 # define PHPAPI
40 # endif
41
42 # define THREAD_LS
43 # define PHP_DIR_SEPARATOR '/'
44 # define PHP_EOL "\n"
45 #endif
46
47 #ifdef NETWARE
48 /* For php_get_uname() function */
49 #define PHP_UNAME "NetWare"
50 #define PHP_OS PHP_UNAME
51 #endif
52
53 #if HAVE_ASSERT_H
54 #if PHP_DEBUG
55 #undef NDEBUG
56 #else
57 #ifndef NDEBUG
58 #define NDEBUG
59 #endif
60 #endif
61 #include <assert.h>
62
63 #else /* HAVE_ASSERT_H */
64 #define assert(expr) ((void) (0))
65 #endif /* HAVE_ASSERT_H */
66
67 #define APACHE 0
68 #if HAVE_UNIX_H
69 #include <unix.h>
70 #endif
71
72 #if HAVE_ALLOCA_H
73 #include <alloca.h>
74 #endif
75
76 #if HAVE_BUILD_DEFS_H
77 #include <build-defs.h>
78 #endif
79 . . .
2、是否已經被定義
被定義：#if define() 或者是#ifdef
不被定義：#if !define() 或者是#ifndef
前者的寫法雖然沒有後者精煉，但是前者有更多的使用場景，比如下面這種，可以進行嵌套執行。
1 #if defined(DEBUG) 2 #ifdef DEBUGTWO 3 #define TEST(a) a * a 4 #endif 5 #endif
3、移除一個宏定義,當不再使用一個宏定義後，可以使用undef來把不需要的宏移除，原型：
1 #undef name
五、宏命名規則和與函數區別
從前面的使用中我們可以看到，宏的使用規則和函數真是一模一樣，但是本質上還是有區別的，在使用中怎樣區別宏和函數，涉及到代碼規范和代碼的可讀性問題。標准的宏使用應該使用大寫字母，這樣在程序中任意地方使用宏都會知道這是一個宏定義。比如前面用到的 #define TEST(a) ((a) * (a))。
宏與函數區別有以下幾點：
1、執行速度上，宏定義更快，函數因為需要調用棧，存在調用，返回，保存現場的系統開銷，所以比宏要慢。
2、代碼長度上，宏在代碼長度上實際是增長的，每一處的使用宏都會把name替換成宏內容如果大量使用，會是代碼顯著增長，函數代碼只有一份，比較節省代碼空間。
3、參數類型上，宏沒有參數類型，只要可以 使用都行。函數不一樣，函數有參數類型確定性。正式因為這樣，有些宏能巧妙的利用這一點，完成函數不能完成的任務，看下面代碼（書上看的），巧妙的利用傳遞類型無限制的特點自動開辟想要的各種類型空間：
1 #include <stdio.h>
2 #include <stdlib.h>
3
4 #define CREATE_P(nums, type) ((type *) malloc((nums) * sizeof(type)))
5
6 int main(){
7 int nums = 2;
8 CREATE_P(nums, int);
9 }
4、宏定義和函數的使用場景，宏定義一般在程序的開頭，函數轉化成宏定義一定要考慮成本問題，短小精煉的函數轉化成宏使用時最好的，功能負責的函數轉化成宏就有點得不償失了。
六、文件包含
1、本地文件包含和庫文件包含
文件包含在大型系統中必然會用到，大型系統宏定義巨多無比，不可能把所有的宏定義都復制到每個文件中，那麼文件包含就能解決這種問題。
實際上編輯器支持兩種文件包含，一種是我們經常會用的庫文件的包含，比如上面我們看到的：#include <stdio.h>，還有一種是本地文件包含，說白了就是我們自己寫的文件，包含的原型如下：
1 #include <filename> 2 #include "filename"
這兩種方式都可以進行文件的包含，不同的是第一種是庫文件的包含，標准的C庫函數都會以.h擴展名結尾，第二種是本地文件包含，當編輯器看到第二種方式時，優先查找本路徑下得本地庫文件，如果沒有找到就會像包含庫文件那樣在指定的路徑下去找，這時第二種和第一種就差不多了。第二種包含方式在編碼習慣上也是比較好的，別人看你的代碼很容易知道這個文件是庫函數還是你自己寫的。
1、嵌套文件包含
大型系統中不僅有大量的文件包含，還會有大量的嵌套文件包含，看下面的例子：
a.h，b.h，c.h，define.c文件，其中a,b,c,define文件的內容如下：
1 a.h:
2 #include "c.h"
3 void var_dumpa(){
4 test obja;
5 obja.a[1] = 2;
6 printf("obja.a[1]: %d\n", obja.a[1]);
7 }
8
9 b.h:
10 #include "c.h"
11 void var_dumpb(){
12 test objb;
13 objb.a[1] = 2;
14 printf("objb.a[1]: %d\n", objb.a[1]);
15 }
16
17 c.h:
18 #include <stdlib.h>
19 #include <stdio.h>
20
21 typedef struct test{
22 int a[10];
23 }test;
24
25 define.c:
26 #include <stdio.h>
27 #include "a.h"
28 #include "b.h"
29
30 int main() {
31 var_dumpa();
32 var_dumpb();
33 printf("\n\n");
34 }
ab文件包含c文件，define.c文件文件引用a,b文件後會引發一個錯誤：typedef struct test類型錯誤，因為c.h文件被包含了兩次，像這種情況在大型系統中會經常遇到，或者說，你會發現重復引用庫文件也不會報錯，由此可見，庫文件一定是使用了解決辦法。其實解決這種錯誤的方案就是采用條件編譯，當這個文件引入到另一個文件中後我們可以設置一個宏定義，比如：
1 #include <stdlib.h>
2 #include <stdio.h>
3
4 #ifndef PATH_C_H
5 #define PATH_C_H 1
6 typedef struct test{
7 int a[10];
8 }test;
9 #endif
因為每次編譯編譯器都會讀入整個頭文件，如果把所有的文件都加上這個條件編譯的話，那交叉引用文件產生的重復宏編譯問題就解決了，運行如下：
好了，就寫這麼多吧，重新梳理了對宏定義的認識和基本的使用。時間倉促，出錯的地方請大嬸們一定指出，萬分感謝！
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