C/C++中的宏定义

在C程序中，可以用宏代码提高执行效率。宏代码本身不是函数，但使用起来像函数。预处理器用复制宏代码的方式代替函数调用，省去了参数压栈、生成汇编语言的CALL调用、返回参数、执行return等过程，从而提高了速度，避免函数调用，提高程序效率。使用宏代码最大的缺点是容易出错，预处理器在复制宏代码时常常产生意想不到的边际效应。

宏是一种预处理器指令，在预编译阶段将宏名替换为后面的替换体。

如何使用宏

#define MAX 960

预处理指令宏名替换体(多行可用 \ 延续)

不带参数的宏

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define _width 1024 //宏命名规则同变量名
#define ADDR "中华人民共和国河南省"
int main(void){
printf("width: %d\n", _width);
printf("我的祖籍： %s\n", ADDR);
return 0;
}

带参数的宏（不是真正的参数）

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define SQUARE(x) x*x  
int main(void) {
int i = 10;
int j = SQUARE(i); // 宏展开 j = i*i;
int k = SQUARE(8 + 2); // 宏展开 8+2*8+2
printf("j: %d\n", j);
printf("k: %d\n", k);
system("pause");
return 0;
}

这里可以知道，使用宏比调用函数更加高效。因为，使用宏就像使用头文件一样，就比如使用<string.h>，使用头文件<string.h>进行预编译之后，直接可以使用字符串进行定义使用；宏也是如此，在定义宏之后，编译器直接进行了预编译，这时候调用它，就是直接进行替换。

而调用其他函数时，要给他在内存中单独分配空间，普通变量分布在栈区，动态内存分布在堆区，静态变量在全局数据区（全局数据区也包括全局变量），字符常量在常量区，二进制指令（也就是函数体）分布在代码区。执行这个函数时，要获取被调用函数指定的地址（被调用函数的地址有一个范围，起始地址就是函数的入口地址，被调用函数从起始地址开始一步步往下执行），之后程序会跳转到被调函数的第一条语句，一步步往下依次执行被调函数中的语句，直到函数执行结束。

如果宏函数与函数名称相同，优先使用宏定义函数

例如：

#include <stdio.h>
float div(float, float);
#define div(x, y) x / y
int main()
{
// use of macro div
// Note: %0.2f for taking two decimal value after point
printf("%0.2f", div(10.0, 5.0));
// removing defined macro div
#undef div
// function div is called as macro definition is removed
printf("\n%0.2f", div(10.0, 5.0));
return 0;
}
// div function definition
float div(float x, float y)
{
return y / x;
}

结果是：

2.00

0.50

预处理工作是系统引用预处理程序对源程序中的预处理部分做处理，而预处理部分是指以“#”开头的、放在函数之外的、一般放在源文件的前面的预处理命令，如：包括命令#include，宏命令#define 等，合理地利用预处理功能可以使得程序更加方便地阅读、修改、移植、调试等，也有利于模块化程序设计。

宏定义是比较常用的预处理指令，即使用“标识符”来表示“替换列表”中的内容。标识符称为宏名，在预处理过程中，预处理器会把源程序中所有宏名，替换成宏定义中替换列表中的内容

常见的宏定义有两种，不带参数的宏定义和带参数的宏定义。

1、无参宏定义

1.1 无参数宏定义的格式：

#define 标识符替换列表

替换列表可以是数值常量、字符常量、字符串常量等，故可以把宏定义理解为使用标识符表示一常量，或称符号常量。

1.2 使用说明：

1) # 可以不在行首，但只允许它前面有空格符。例如：

#define PI 3.1416 //正确，该行#前允许有空格

int a;#define N 5 //错误，该行#前不允许有空格外的其他字符

2) 标识符和替换列表之间不能加赋值号 =，替换列表后不能加分号

#define N =5 //虽语法正确，但预处理器会把N替换成=5

int a[N]; //错误，因为宏替换之后为 int a[=5];

#define N 5; //虽语法正确，但会把N替换成5;

int a[N]; //语法错误，宏替换后，为int a[5;];错误

3) 由于宏定义仅是做简单的文本替换，故替换列表中如有表达式，必须把该表达式用括号括起来，否则可能会出现逻辑上的“错误”。例如：

#define N 3+2

int r=N*N;

宏替换后为：

int r=3+2*3+2; //r=11

如果采用如下形式的宏定义：

#define N (3+2)

int r=N*N;

则宏替换后，为:

int r=(3+2)*(3+2); //r=25

4) 当替换列表一行写不下时，可以使用反斜线\作为续行符延续到下一行。例如：

#define USA "The United \

States of \

America"

printf("%s\n",USA);

//输出结果为:The United States of America

该宏定义中替换列表为字符串常量，如果该串较长，或为了使替换列表的结构更清晰，可使用续行符 \ 把该串分若干行来写，除最后一行外，每行行尾都必须加续行符 \。注意：续行符后直接按回车键换行，不能含有包括空格在内的任何字符，否则是错误的宏定义形式。

5)宏可以嵌套，但不参与运算：

#define M 5 // 宏定义

#define MM M * M // 宏的嵌套

printf("MM = %d\n", MM);// MM 被替换为: MM = M * M, 然后又变成 MM = 5 * 5

实际的 5 * 5 相乘过程在编译阶段完成，而不是在预处理器工作阶段完成，宏不进行运算，它只是按照指令进行文字的替换操作，无论替换文本中是常数、表达式或者字符串等，预处理程序都不做任何检查，如果出现错误，只能是被宏代换之后的程序在编译阶段发现。

6)宏定义必须写在函数之外，作用域从 #define 开始，到源程序结束。如果要提前结束它的作用域则用 #undef 命令：

#define M 5 // 宏定义

printf("M = %d\n", M); // 输出结果为： M = 5

#undef M // 取消宏定义

printf("M = %d\n", M); // error:… main.c:138:24: Use of undeclared identifier 'M'

7)可以用宏定义表示数据类型，可以使代码简便：

#define STU struct Student // 宏定义STU

struct Student{ // 定义结构体Student

char *name;

int sNo;

};

STU stu = {"Jack", 20}; // 被替换为：struct Student stu = {"Jack", 20};

printf("name: %s, sNo: %d\n", stu.name, stu.sNo);

8)#define 与 typedef 的区别：

两者都可以用来表示数据类型：

#define INT1 int

typedef int INT2;

两者是等效的，调用也一样：

INT1 a1 = 3;

INT2 a2 = 5;

但当如下使用时，问题就来了：

#define INT1 int *

typedef int * INT2;

INT1 a1, b1;

INT2 a2, b2;

b1 = &m; //... main.c:185:8: Incompatible pointer to integer conversion assigning to 'int' from 'int *'; remove &

b2 = &n; // OK

INT1 a1, b1; 被宏代换后为： int * a1, b1;

即定义的是一个指向int型变量的指针 a1 和一个int型的变量b1.

INT2 a2, b2;表示定义的是两个变量a2和b2，这两个变量的类型都是INT2的，也就是int *的，

两个都是指向int型变量的指针

所以两者区别在于，宏定义只是简单的字符串代换，在预处理阶段完成。而typede不是简单的字符串代换，而是可以用来做类型说明符的重命名的，类型的别名可以具有类型定义说明的功能，在编译阶段完成的。

2、带参宏定义

2.1 带参数宏定义的格式：

#define 标识符(参数1,参数2,...,参数n) 替换列表

例如，求两个参数中最大值的带参宏定义为：

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

int c=MAX(5,3);

//预处理器会将带参数的宏替换成如下形式：

int c=((5)>(3)?(5) : (3));

故计算结果c=5。

2.2 使用说明：

1) 标识符与参数表的左括号之间不能有空格，否则预处理器会把该宏理解为普通的无参宏定义，

#define MAX (a,b) ( (a) > (b) ? (a) : (b) ) //错误的带参宏定义格式

#define SUM (a,b) a + b //定义有参宏

printf("SUM = %d\n", SUM(1,2)); //调用有参宏。Build Failed！

因为 SUM 被替换为：(a,b) a + b

和无参宏不同的一点是，有参宏在调用中，不仅要进行宏展开，而且还要用实参去替换形参

2) 宏替换列表中每个参数及整个替换列表，都必须用一对小括号 () 括起来，否则可能会出现歧义

#include <stdio.h>

#define MUL(a,b) (a*b)

int main (void)

{

int c;

c=MUL(3,5+1);

printf("c=%d\n",c);

return 0;

}

//修改后

#include <stdio.h>

#define MUL(a,b) ((a)*(b))//修改处1

int main (void)

{

int c;

c=MUL(3,(5+1);//修改处2

printf("c=%d\n",c);

return 0;

}

3、带参宏定义与函数调用的区别

	带参宏定义	函数调用
调用发生时间	预处理阶段	程序运行期间
参数类型检查	在预处理阶段，对带参宏调用中的参数不做检查。即宏定义时不需要指定参数类型，适用于多种数据类型。	函数参数类型检查严格。程序在编译阶段，需要检查实参与形参个数是否相等及类型是否匹配或兼容，若参数个数不相同或类型不兼容，则会编译不通过。
参数是否需要空间	宏替换，仅是简单的文本替换，且替换完就把宏名对应标识符删除掉，不需要分配空间。	需要为形参分配空间，并把实参的值复制一份赋给形参分配的空间中。
运行速度	宏替换仅是简单文本替换，不做任何语法或逻辑检查。速度较快	函数在编译阶段需要检查参数个数是否相同、类型等是否匹配等多个语法，函数在运行阶段参数需入栈和出栈操作，速度相对较慢。
代码长度	宏替换是文本替换，即如果需替换的文本较长，则替换后会影响代码长度	函数不会影响代码长度