C語言中define的用法

define是C語言中的預先處理命令，它用於宏定義，可以提高原始碼的可讀性，為編程提供方便。

預先處理命令以“#”號開頭，如包含命令#include，宏定義命令#define等。一般都放在源檔案的前面，它們稱為預先處理部分。

所謂預先處理是指在進行編譯之前所作的工作。預先處理是C語言的一個重要功能，它由預先處理程式負責完成。當對一個源檔案進行編譯時間，系統將自動引用預先處理程式對來源程式中的預先處理部分作處理，處理完畢自動進入對來源程式的編譯。

宏的定義

在Ｃ或C++語言來源程式中允許用一個標識符來表示一個字串，稱為“宏”。被定義為“宏”的標識符稱為“宏名”。在編譯預先處理時，對程式中所有出現的“宏名”，都用宏定義中的字串去代換，這稱為“宏代換”或“宏展開”。宏定義是由來源程式中的宏定義命令完成的。宏代換是由預先處理程式自動完成的。

在Ｃ或C++語言中，“宏”分為有參數和無參數兩種。

無參數宏定義

無參數宏就是不帶參數，其定義的一般形式為：

　　#define 標識符 字串

　　“標識符”為所定義的宏名。“字串”可以是常數、運算式、格式串等。

　　例如：

　　#define PI 3.14

它的作用是指定標識符PI來代替常數3.14。在編寫來源程式時，所有用到3.14的地方都可用PI代替，而對來源程式作編譯時間，將先由預先處理程式進行宏代換，即用3.14去置換所有的宏名PI，然後再進行編譯。

宏定義是用宏名來表示一個字串，在宏展開時又以該字串取代宏名，這隻是一種簡單的代換，字串可以是常數，也可以是運算式，預先處理程式對它不作任何檢查。如有錯誤，只能在編譯已被宏展開後的來源程式時發現。

宏定義不是說明或語句(它是預先處理指令)，在行末不必加分號，如加上分號則連分號也一起置換。

下面舉一個無參數宏替代常數的例子：

#define PI 3.14
#include <stdio.h>

int main()
{
float r = 1.0;
float area = PI*r*r;
printf("The area of the circle is %f",area);
return 0;
}

再舉一個使用無參數宏替代字串的例子：

#define M (y*y+3*y)

#include <stdio.h>

int main()
{
int s,y;
printf("input a number: ");
scanf("%d",&y);
s = 3*M + 4*M + 5*M;
printf("s=%d\n",s);
return 0;
}

# define M (y*y+3*y) 定義M運算式(y*y+3*y)。在編寫來源程式時，所有的(y*y+3*y)都可由M代替，而對來源程式作編譯時間，將先由預先處理程式進行宏代換，即用 (y*y+3*y)運算式去置換所有的宏名M，然後再進行編譯。

上常式序中首先進行宏定義，定義M運算式(y*y+3*y),在s= 3*M+4*M+5* M中作了宏調用。在預先處理時經宏展開後該語句變為：s=3*(y*y+3*y)+4* (y*y+3*y)+5* (y*y+3*y);但要注意的是，在宏定義中運算式(y*y+3*y)兩邊的括弧不能少。否則會發生錯誤。

帶參數宏定義

　　C語言允許宏帶有參數。在宏定義中的參數稱為形式參數，在宏調用中的參數稱為實際參數。對帶參數的宏，在調用中，不僅要宏展開，而且要用實參去代換形參。

　　帶參數宏定義的一般形式為：

　　#define 宏名(形參表) 字串

　　在字串中含有各個形參。

　　帶參數宏調用的一般形式為：

　　宏名(實參表)

　　例如：

　　#define M(y) y*y+3*y

　　....

　　k=M(5);

　　....

　　在宏調用時，用實參5去代替形參y，經預先處理宏展開後的語句為:

　　k=5*5+3*5

舉一個具體例子：

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

#include <stdio.h>

int main()
{
int x,y,max;
printf("input two numbers: ");
scanf("%d%d",&x,&y);
max = MAX(x,y);
printf("max=%d\n",max);
return 0;

}

上常式序的第一行進行帶參數宏定義，用宏名MAX表示條件運算式(a>b)?a:b，形參a,b均出現在條件運算式中。程式第七行max = MAX(x, y)為宏調用，實參x,y，將代換形參a,b。宏展開後該語句為： max = (x>y)?x:y;用於計算x,y中的大數。

對於帶參的宏定義有以下問題需要說明：

1. 帶參宏定義中，宏名和形參表之間不能有空格出現。

例如把： #define MAX(a,b) (a>b)?a:b寫為： #define MAX (a,b) (a>b)?a:b 將被認為是無參宏定義，宏名MAX代表字串 (a,b)(a>b)?a:b。

宏展開時，宏調用語句： max = MAX(x,y);將變為： max = (a,b)(a>b)?a:b(x,y);這顯然是錯誤的。

2. 在宏定義中的形參是標識符，而宏調用中的實參可以是運算式。

#define SQ(y) (y)*(y)
#include <stdio.h>

int main()
{
int a,sq;
printf("input a number: ");
scanf("%d",&a);
sq=SQ(a+1);
printf("sq=%d\n",sq);
return 0;

}

上例中第一行為宏定義，形參為y。程式第七行宏調用中實參為a+1，是一個運算式，在宏展開時，用a+1代換y，再用(y)*(y) 代換SQ，得到如下語句： sq=(a+1)*(a+1); 這與函數的調用是不同的，函數調用時要把實參運算式的值求出來再賦予形參。而宏代換中對實參運算式不作計算直接地照原樣代換。

3. 在宏定義中，字串內的形參通常要用括弧括起來以避免出錯。在上例中的宏定義中(y)*(y)運算式的y都用括弧括起來，結果是正確的。如果去掉括弧，把程式改為以下形式：

#define SQ(y) y*y
#include <stdio.h>

int main()
{
int a,sq;
printf("input a number: ");
scanf("%d",&a);
sq=SQ(a+1);
printf("sq=%d\n",sq);
return 0;
}

運行結果為：input a number:3

sq=7 （我們期望的結果卻是16）。

問題在哪裡呢? 這是由於代換隻作符號代換而不作其它處理而造成的。 宏代換後將得到以下語句： sq=a+1*a+1; 由於a為3故sq的值為7。這顯然與題意相違，因此參數兩邊的括弧是不能少的。有時候，即使在參數兩邊加括弧還是不夠的，請看下面程式：

#define SQ(y) (y)*(y)
#include <stdio.h>

int main()
{
int a,sq;
printf("input a number: ");
scanf("%d",&a);
sq=160/SQ(a+1);
printf("sq=%d\n",sq);
return 0;

}

本程式與前例相比，只把宏調用語句改為： sq=160/SQ(a+1); 運行本程式如輸入值仍為3時，希望結果為10。但實際啟動並執行結果如下：input a number:3　sq=160。

為什麼會得這樣的結果呢?分析宏調用語句，在宏代換之後變為： sq=160/(a+1)*(a+1);a為3時，由於“/”和“*”運算子優先順序和結合性相同，則先作160/(3+1)得40，再作40*(3+1)最後得160。為了得到正確答案應在宏定義中的整個字串外加括弧，程式修改如下：

#define SQ(y) ((y)*(y))
#include <stdio.h>

int main()
{
int a,sq;
printf("input a number: ");
scanf("%d",&a);
sq=160/SQ(a+1);
printf("sq=%d\n",sq);
return 0;
}

以上討論說明，對於宏定義，保險的做法是不僅應在參數兩側加括弧，也應在整個字串外加括弧。

4. 帶參數的宏和帶參函數很相似，但有本質上的不同，把同一運算式用函數處理與用宏處理兩者的結果有可能是不同的。

下面舉一個例子進行對比：

使用函數：

#include <stdio.h>

int SQ(int);

int main()
{
int i=1;
while(i<=5)
printf("%d\n",SQ(i++));
return 0;
}

int SQ(int y)
{
return((y)*(y));
}

使用宏：

#define SQ(y) ((y)*(y))

#include <stdio.h>

int main()
{
int i=1;
while(i<=5)
printf("%d\n",SQ(i++));
return 0;
}

在使用函數的例子中函數名為SQ，形參為Y，函數體運算式為((y)*(y))。在使用宏的例子中宏名為SQ，形參也為y，字串運算式為(y)*(y))。兩例表面是相同的，函數調用為SQ(i++)，宏調用為SQ(i++)，實參也是相同的。但輸出結果卻大不相同，分析如下：

在使用函數的例子中，函數調用是把實參i值傳給形參y後自增1。然後輸出函數值。因而要迴圈5次。輸出1～5的平方值。而在使用宏的例子中，宏調用時，只作代換。SQ(i++)被代換為((i++)*(i++))。在第一次迴圈時，由於i等於1，其計算過程為：運算式中前一個i初值為1，然後i自增1變為2，因此運算式中第2個i初值為2，兩相乘的結果也為2，然後i值再自增1，得3。在第二次迴圈時，i值已有初值為3，因此運算式中前一個i為3，後一個i為4，乘積為12，然後i再自增1變為5。進入第三次迴圈，由於i 值已為5，所以這將是最後一次迴圈。計算運算式的值為5*6等於30。i值再自增1變為6，不再滿足迴圈條件，停止迴圈。從以上分析可以看出函數調用和宏調用二者在形式上相似，在本質上是完全不同的。

 

"\","#","#@"和"##"

在用#define 定義時 , 斜杠("\")是用來續行的，"#"用來把參數轉換成字串，是給參數加上雙引號。"##"則用來串連前後兩個參數，把它們變成一個字串,"#@"是給參數加上單引號。下面的例子會使您很容易理解。

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

#define ToChar(a) #@a

#define ToString(x) #x

 

int n = Conn(123,456); 結果就是n=123456;

char* str = Conn("asdf", "adf")結果就是 str = "asdfadf";

char a = ToChar(1);結果就是a='1';

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

為什麼需要”#”,” #@”和”##”這三個操作符呢？原因如下：

宏名在來源程式中若用引號括起來，則預先處理程式不對其作宏代換。如下：

#define OK 100

#include <stdio.h>

int main()

{
printf("OK");
printf("\n");
return 0;
}

上例中定義宏名OK表示100，但在printf語句中OK被引號括起來，因此不作宏代換。程式的運行結果為：OK,這表示把“OK”當字串處理。

同樣，宏名在來源程式中若用單引號括起來，則預先處理程式也不對其作宏代換。

宏定義的嵌套

宏定義允許嵌套，在宏定義的字串中可以使用已經定義的宏名。在宏展開時由預先處理程式層層代換。例如：

#define PI 3.1415926

#define S PI*y*y

對語句： printf("%f",s);

在宏代換後變為： printf("%f",3.1415926*y*y);

結束語

使用宏代替一個在程式中經常使用的常量，這樣該常量改變時，不用對整個程式進行修改，只修改宏定義的字串即可，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式，這樣更方便一些。舉一個大家比較熟悉的例子，圓周率π是在數學上常用的一個值，有時我們會用3.14來表示，有時也會用3.1415926等，這要看計算所需要的精度，如果我們編製的一個程式中要多次使用它，那麼需要確定一個數值，在本次運行中不改變，但也許後來發現程式所表現的精度有變化，需要改變它的值，這就需要修改程式中所有的相關數值，這會給我們帶來一定的不便，但如果使用宏定義，使用一個標識符來代替，則在修改時只修改宏定義即可，還可以減少輸入 3.1415926這樣長的數值多次的情況，我們可以如此定義 #define pi 3.1415926，既減少了輸入又便於修改，何樂而不為呢？

另外，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式更加模組化，便於組織，而且可重複利用，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複調用函數的現場，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，因為它是在預先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，但複雜的操作還是要由函數調用來完成，而且宏定義所佔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。