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define的用法與注意事項

編輯:關於C語言

 #define是C語言中提供的宏定義命令,其主要目的是為程序員在編程時提供一定的方便,並能在一定程度上提高程序的運行效率,但在學習時往往不能理解該命令的本質,總是在此處產生一些困惑,在編程時誤用該命令,使得程序的運行與預期的目的不一致,或者在讀別人寫的程序時,把運行結果理解錯誤,這對C語言的學習很不利。下面將分別對基本用法和特殊做詳細介紹。

一、#define的基本用法
1 #define命令剖析
1.1   #define的概念
#define命令是C語言中的一個宏定義命令,它用來將一個標識符定義為一個字符串,該標識符被稱為宏名,被定義的字符串稱為替換文本。該命令有兩種格式:一種是簡單的宏定義,另一種是帶參數的宏定義。
(1)   簡單的宏定義:
#define   <宏名>  <字符串>
 例:   #define PI 3.1415926
(2) 帶參數的宏定義
 #define   <宏名> (<參數表>)   <宏體>
 例: #define   A(x) x
      一個標識符被宏定義後,該標識符便是一個宏名。這時,在程序中出現的是宏名,在該程序被編譯前,先將宏名用被定義的字符串替換,這稱為宏替換,替換後才進行編譯,宏替換是簡單的替換。
1.2 宏替換發生的時機
為了能夠真正理解#define的作用,讓我們來了解一下對C語言源程序的處理過程。當我們在一個集成的開發環境如Turbo C中將編寫好的源程序進行編譯時,實際經過了預處理、編譯、匯編和連接幾個過程:
             (預處理)                                (編譯)                      (匯編)                                      (鏈接)
源程序------------>修改後的源程序------------->匯編程序----------->可重定位的目標程序------------->可執行目標程序
其中預處理器產生編譯器的輸入,它實現以下的功能:
(1)    文件包含
可以把源程序中的#include 擴展為文件正文,即把包含的.h文件找到並展開到#include 所在處。
(2)    條件編譯
預處理器根據#if和#ifdef等編譯命令及其後的條件,將源程序中的某部分包含進來或排除在外,通常把排除在外的語句轉換成空行。
(3)    宏展開
預處理器將源程序文件中出現的對宏的引用展開成相應的宏定義,即本文所說的#define的功能,由預處理器來完成。經過預處理器處理的源程序與之前的源程序有所有不同,在這個階段所進行的工作只是純粹的替換與展開,沒有任何計算功能,所以在學習#define命令時只要能真正理解這一點,這樣才不會對此命令引起誤解並誤用。
2 #define使用中的常見問題解析
2.1 簡單宏定義使用中出現的問題
在簡單宏定義的使用中,當替換文本所表示的字符串為一個表達式時,容易引起誤解和誤用。如下例:
例1   #define   N   2+2
void main()
{
   int   a=N*N;
   printf(“%d”,a);
}
(1) 出現問題:在此程序中存在著宏定義命令,宏N代表的字符串是2+2,在程序中有對宏N的使用,一般同學在讀該程序時,容易產生的問題是先求解N為2+2=4,然後在程序中計算a時使用乘法,即N*N=4*4=16,其實該題的結果為8,為什麼結果有這麼大的偏差?
(2) 問題解析:如1節所述,宏展開是在預處理階段完成的,這個階段把替換文本只是看作一個字符串,並不會有任何的計算發生,在展開時是在宏N出現的地方只是簡單地使用串2+2來代替N,並不會增添任何的符號,所以對該程序展開後的結果是a=2+2*2+2,計算後=8,這就是宏替換的實質,如何寫程序才能完成結果為16的運算呢?
(3)解決辦法:將宏定義寫成如下形式
#define   N   (2+2)
這樣就可替換成(2+2)*(2+2)=16
2.2 帶參數的宏定義出現的問題
    在帶參數的宏定義的使用中,極易引起誤解。例如我們需要做個宏替換能求任何數的平方,這就需要使用參數,以便在程序中用實際參數來替換宏定義中的參數。一般學生容易寫成如下形式:
#define   area(x)   x*x
這在使用中是很容易出現問題的,看如下的程序
void main()
{
    int   y=area(2+2);
    printf(“%d”,y);
}按理說給的參數是2+2,所得的結果應該為4*4=16,但是錯了,因為該程序的實際結果為8,仍然是沒能遵循純粹的簡單替換的規則,又是先計算再替換了,在這道程序裡,2+2即為area宏中的參數,應該由它來替換宏定義中的x,即替換成2+2*2+2=8了。那如果遵循(1)中的解決辦法,把2+2 括起來,即把宏體中的x括起來,是否可以呢?  #define   area(x) (x)*(x),對於area(2+2),替換為(2+2)*(2+2)=16,可以解決;但是對於area(2+2)/area(2+2)又會怎麼樣呢?又錯了,還是忘了遵循先替換再計算的規則了,這道題替換後會變為 (2+2)*(2+2)/(2+2)*(2+2)即4*4/4*4按照乘除運算規則,結果為16/4*4=4*4=16,那應該怎麼呢?解決方法是在整個宏體上再加一個括號,即#define   area(x) ((x)*(x)),不要覺得這沒必要,沒有它,是不行的。
     要想能夠真正使用好宏定義,一定要記住先將程序中對宏的使用全部替換成它所代表的字符串,不要自作主張地添加任何其他符號,完全展開後再進行相應的計算,就不會寫錯運行結果。在編程使用宏替換時,當字符串中不只一個符號時,加上括號表現出優先級,如果是帶參數的宏定義,則要給宏體中的每個參數加上括號,並在整個宏體上再加一個括號。

3   宏定義的優點
(1)   方便程序的修改
      使用簡單宏定義可用宏代替一個在程序中經常使用的常量,這樣在將該常量改變時,不用對整個程序進行修改,只修改宏定義的字符串即可,而且當常量比較長時,我們可以用較短的有意義的標識符來寫程序,這樣更方便一些。
(2) 提高程序的運行效率
      使用帶參數的宏定義可完成函數調用的功能,又能減少系統開銷,提高運行效率。正如C語言中所講,函數的使用可以使程序更加模塊化,便於組織,而且可重復利用,但在發生函數調用時,需要保留調用函數的現場,以便子函數執行結束後能返回繼續執行,同樣在子函數執行完後要恢復調用函數的現場,這都需要一定的時間,如果子函數執行的操作比較多,這種轉換時間開銷可以忽略,但如果子函數完成的功能比較少,甚至於只完成一點操作,如一個乘法語句的操作,則這部分轉換開銷就相對較大了,但使用帶參數的宏定義就不會出現這個問題,因為它是在預處理階段即進行了宏展開,在執行時不需要轉換,即在當地執行。宏定義可完成簡單的操作,但復雜的操作還是要由函數調用來完成,而且宏定義所占用的目標代碼空間相對較大。所以在使用時要依據具體情況來決定是否使用宏定義。

4.關於宏與const,inline,emun的區別與比較此處不再討論。

二、define中的三個特殊符號:#,##,#@
#define Conn(x,y) x##y
#define ToChar(x) #@x
#define ToString(x) #x

x##y表示什麼?表示x連接y,舉例說:
int n = Conn(123,456);   結果就是n=123456;
char* str = Conn("asdf", "adf")結果就是 str = "asdfadf";

再來看#@x,其實就是給x加上單引號,結果返回是一個const char。舉例說:
char a = ToChar(1);結果就是a=1;
做個越界試驗char a = ToChar(123);結果就錯了;
但是如果你的參數超過四個字符,編譯器就給給你報錯了!error C2015: too many characters in constant   :P

最後看看#x,估計你也明白了,他是給x加雙引號
char* str = ToString(123132);就成了str="123132";

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