C 語言 之 預先處理-------- 宏定義

標籤：宏定義

1 概述
　　使用過以“#”號開頭的預先處理命令。如包含命令# include，宏定義命令# define等。在來源程式中這些命令都放在函數之外， 而且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的第一遍掃描(詞法掃描和文法分析)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。

　　Ｃ語言提供了多種預先處理功能，如宏定義、檔案包含、 條件編譯等。合理地使用預先處理功能編寫的程式便於閱讀、修改、 移植和調試，也有利於模組化程式設計。

2  宏定義：（替換 思想）

在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語言中，“宏”分為有參數和無參數兩種。

2.1

無參宏定義  :  無參宏的宏名後 不帶參數。

定義的一般形式為：#define  標識符  字串

其中的“#”表示這是一條預先處理命令。凡是以“#”開頭的均為預先處理命令。“define”為宏定義命令。 “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 M (y*y+3*y)
main(){
int s,y;
printf("input a number: ");
scanf("%d",&y);
s=3*M+4*M+5*M;
printf("s=%d\n",s);
}
　　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。
當作以下定義後： #difine M y*y+3*y在宏展開時將得到下述語句： s=3*y*y+3*y+4*y*y+3*y+5*y*y+3*y；這相當於； 3y2+3y+4y2+3y+5y2+3y；顯然與原題意要求不符。計算結果當然是錯誤的。

注意：

1 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，字串中可以含任何字元，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。

2 宏定義不是說明或語句，在行末不必加分號，如加上分號則連分號也一起置換。

3. 宏定義必須寫在函數之外，其範圍為宏定義命令起到來源程式結 束。如要終止其範圍可使用# undef命令，例如： # define PI 3.14159
main()
{
……
}
# undef PIPI的範圍
f1()
....表示PI只在main函數中有效，在f1中無效。
4. 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。
#define OK 100
main()
{
printf("OK");
printf("\n");
}
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。

5. 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 /* PI是已定義的宏名*/對語句： printf("%f",s);在宏代換後變為： printf("%f",3.1415926*y*y);

6. 習慣上宏名用大寫字母表示，以便於與變數區別。但也允許用小寫字母。

7. 可用宏定義表示資料類型，使書寫方便。例如： #define STU struct stu在程式中可用STU作變數說明： STU body[5],*p;#define INTEGER int　在程式中即可用INTEGER作整型變數說明： INTEGER a,b; 應注意用宏定義表示資料類型和用typedef定義資料說明符的區別。宏定義只是簡單的字串代換，是在預先處理完成的，而typedef是在編譯時間處理的，它不是作簡單的代換， 而是對類型說明符重新命名。被命名的標識符具有類型定義說明的功能。請看下面的例子： #define PIN1 int*　typedef (int*) PIN2;從形式上看這兩者相似， 但在實際使用中卻不相同。下面用PIN1，PIN2說明變數時就可以看出它們的區別： PIN1 a,b;在宏代換後變成 int *a,b;表示a是指向整型的指標變數，而b是整型變數。然而：PIN2 a,b;表示a,b都是指向整型的指標變數。因為PIN2是一個類型說明符。由這個例子可見，宏定義雖然也可表示資料類型， 但畢竟是作字元
代換。在使用時要分外小心，以避出錯。

8. 對“輸出格式”作宏定義，可以減少書寫麻煩。例9.3 中就採用了這種方法。
#define P printf
#define D "%d\n"
#define F "%f\n"
main(){
int a=5, c=8, e=11;
float b=3.8, d=9.7, f=21.08;
P(D F,a,b);
P(D F,c,d);
P(D F,e,f);
}

2.2 含參數的宏定義

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。帶參宏調用的一般形式為： 宏名(實參表)；
例如：
#define M(y) y*y+3*y /*宏定義*/
:
k=M(5); /*宏調用*/
: 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
#define MAX(a,b) (a>b)?a:b
main(){
int x,y,max;
printf("input two numbers: ");
scanf("%d%d",&x,&y);
max=MAX(x,y);
printf("max=%d\n",max);
}
　　上常式序的第一行進行帶參宏定義，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. 在帶參宏定義中，形式參數不分配記憶體單元，因此不必作類型定義。而宏調用中的實參有具體的值。要用它們去

代換形參，因此必須作類型說明。這是與函數中的情況不同的。在函數中，形參和實參是兩個不同的量，各有自己的範圍，調用時要把實參值賦予形參，進行“值傳遞”。而在帶參宏中，只是符號代換，不存在值傳遞的問題。

3. 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)
main(){
int a,sq;
printf("input a number: ");
scanf("%d",&a);
sq=SQ(a+1);
printf("sq=%d\n",sq);
}
　　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。

4. 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，因此結果是正確的。如果去掉括弧，把程式改為以下形式：
#define SQ(y) y*y
main(){
int a,sq;
printf("input a number: ");
scanf("%d",&a);
sq=SQ(a+1);
printf("sq=%d\n",sq);
}
運行結果為：input a number:3
sq=7 同樣輸入3，但結果卻是不一樣的。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。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)
main(){
int a,sq;
printf("input a number: ");
scanf("%d",&a);
sq=160/SQ(a+1);
printf("sq=%d\n",sq);
}
　　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))
main(){
int a,sq;
printf("input a number: ");
scanf("%d",&a);
sq=160/SQ(a+1);
printf("sq=%d\n",sq);
}
以上討論說明，對於宏定義不僅應在參數兩側加括弧， 也應在整個字串外加括弧。

5. 帶參的宏和帶參函數很相似，但有本質上的不同，除上面已談到的各點外，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。main(){
int i=1;
while(i<=5)
printf("%d\n",SQ(i++));
}
SQ(int y)
{
return((y)*(y));
}#define SQ(y) ((y)*(y))
main(){
int i=1;
while(i<=5)
printf("%d\n",SQ(i++));
}
　　在上例中函數名為SQ，形參為Y，函數體運算式為((y)*(y))。在例9.6中宏名為SQ，形參也為y，字串運算式為(y)*(y))。 兩例是相同的。例9.6的函數調用為SQ(i++)，例9.7的宏調用為SQ(i++)，實參也是相同的。從輸出結果來看，卻大不相同。分析如下：在例9.6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。而在例9.7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。

6. 宏定義也可用來定義多個語句，在宏調用時，把這些語句又代換到來源程式內。看下面的例子。
#define SSSV(s1,s2,s3,v) s1=l*w;s2=l*h;s3=w*h;v=w*l*h;
main(){
int l=3,w=4,h=5,sa,sb,sc,vv;
SSSV(sa,sb,sc,vv);
printf("sa=%d\nsb=%d\nsc=%d\nvv=%d\n",sa,sb,sc,vv);
}
　　程式第一行為宏定義，用宏名SSSV表示4個賦值語句，4 個形參分別為4個賦值符左部的變數。在宏調用時，把4 個語句展開並用實參代替形參。使計算結果送入實參之中。