[C++] C++中的巨集定義詳解 C++巨集定義詳解
#define是C語言中提供的巨集定義命令，其主要目的是為程式設計師在程式設計時提供一定的方便，並能在一定程度上提高程式的執行效率，但學生在學習時往往不能 理解該命令的本質，總是在此處產生一些困惑，在程式設計時誤用該命令，使得程式的執行與預期的目的不一致，或者在讀別人寫的程式時，把執行結果理解錯誤，這對 C語言的學習很不利。
1 #define命令剖析
1.1 #define的概念
#define命令是C語言中的一個巨集定義命令，它用來 將一個識別符號定義為一個字串
該命令有兩種格式：一種是簡單的巨集定義，另一種是帶引數的巨集定義。
（1）不帶引數的巨集定義：
巨集定義又稱為巨集代換、巨集替換，簡稱“巨集”。
格式：
#define 識別符號 字串
其中的識別符號就是所謂的符號常量，也稱為“巨集名”。
預處理（預編譯）工作也叫做巨集展開：將巨集名替換為字串。
掌握"巨集"概念的關鍵是“換”。一切以換為前提、做任何事情之前先要換，準確理解之前就要“換”。
即在對相關命令或語句的含義和功能作具體分析之前就要換：
例：
#define PI 3.1415926
把程式中出現的PI全部換成3.1415926
說明：
（1）巨集名一般用大寫
（2）使用巨集可提高程式的通用性和易讀性，減少不一致性，減少輸入錯誤和便於修改。例如：陣列大小常用巨集定義
（3）預處理是在編譯之前的處理，而編譯工作的任務之一就是語法檢查，預處理不做語法檢查。
（4）巨集定義末尾不加分號；
（5）巨集定義寫在函式的花括號外邊，作用域為其後的程式，通常在檔案的最開頭。
（6）可以用#undef命令終止巨集定義的作用域
（7）巨集定義可以巢狀
（8）字串" "中永遠不包含巨集
（9）巨集定義不分配記憶體，變數定義分配記憶體。
（2）帶引數的巨集定義：
除了一般的字串替換，還要做引數代換
格式：
#define 巨集名（引數表） 字串
例如：#define S(a,b) a*b
area=S(3,2)；第一步被換為area=a*b; ，第二步被換為area=3*2;
類似於函式呼叫，有一個啞實結合的過程：
（1）實參如果是表示式容易出問題
#define S(r) r*r
area=S(a+b);第一步換為area=r*r;,第二步被換為area=a+b*a+b;
正確的巨集定義是#define S(r) ((r)*(r))
（2）巨集名和引數的括號間不能有空格
（3）巨集替換隻作替換，不做計算，不做表示式求解
（4）函式呼叫在編譯後程序執行時進行，並且分配記憶體。巨集替換在編譯前進行，不分配記憶體
（5）巨集的啞實結合不存在型別，也沒有型別轉換。
（6）函式只有一個返回值，利用巨集則可以設法得到多個值
（7）巨集展開使源程式變長，函式呼叫不會
（8）巨集展開不佔執行時間，只佔編譯時間，函式呼叫佔執行時間（分配記憶體、保留現場、值傳遞、返回值）
1.2 巨集替換髮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語言源程式的處理過程。當我們在一個整合的開發環境如Turbo C中將編寫好的源程式進行編譯時，實際經過了預處理、編譯、彙編和連線幾個過程。其中前處理器產生編譯器的輸出，它實現以下的功能：
（1）檔案包含
可以把源程式中的#include 擴充套件為檔案正文，即把包含的.h檔案找到並展開到#include 所在處。
（2）條件編譯
前處理器根據#if和#ifdef等編譯命令及其後的條件，將源程式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）巨集展開
前處理器將源程式檔案中出現的對巨集的引用展開成相應的巨集 定義，即本文所說的#define的功能，由前處理器來完成。
經過前處理器處理的源程式與之前的源程式有所有不同，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。 1.3 ANSI標準說明了五個預定義的巨集名 它們是：
_LINE_ /*(兩個下劃線)，對應%d*/ _FILE_ /*對應%s*/ _DATE_ /*對應%s*/ _TIME_ /*對應%s*/
二、巨集定義的使用方法
1、#define用法
1.1 用無參巨集定義一個簡單的常量
#define LEN 12
這個是最常見的用法，但也會出錯。
比如下面幾個知識點你會嗎？可以看下：
（1） #define NAME "zhangyuncong"
程式中有"NAME"則，它會不會被替換呢？
（2） #define 0x abcd
可以嗎？也就是說，可不可以用把識別符號的字母替換成別的東西？
（3） #define NAME "zhang
這個可以嗎？
（4） #define NAME "zhangyuncong"
程式中有上面的巨集定義，並且，程式裡有句：
NAMELIST這樣，會不會被替換成"zhangyuncong"LIST
四個題答案都是否定的。
第一個，""內的東西不會被巨集替換。這一點應該大都知道。
第二個，巨集定義前面的那個必須是合法的使用者識別符號
第三個，巨集定義也不是說後面東西隨便寫，不能把字串的兩個""拆開。
第四個：只替換識別符號，不替換別的東西。NAMELIST整體是個識別符號，而沒有NAME識別符號，所以不替換。
也就是說，這種情況下記住：#define 第一位置第二位置
（1） 不替換程式中字串裡的東西。
（2） 第一位置只能是合法的識別符號（可以是關鍵字）
（3） 第二位置如果有字串，必須把""配對。
（4） 只替換與第一位置完全相同的識別符號
還有就是老生常談的話：記住這是簡單的替換而已，不要在中間計算結果，一定要替換出表示式之後再算。
1.2、 帶參巨集一般用法
比如#define MAX(a,b) ((a)>(b)?(a):(b))
則遇到MAX(1+2,value)則會把它替換成：
((1+2)>(value)?(1+2):(value))
注意事項和無參巨集差不多。
但還是應注意
#define FUN(a) "a"
則，輸入FUN(345)會被替換成什麼？
其實，如果這麼寫，無論巨集的實參是什麼，都不會影響其被替換成"a"的命運。
也就是說，""內的字元不被當成形參，即使它和一模一樣。
那麼，你會問了，我要是想讓這裡輸入FUN(345)它就替換成"345"該怎麼實現呢？
請看下面關於#的用法
1.3、 有參巨集定義中#的用法
#define STR(str) #str
#用於把巨集定義中的引數兩端加上字串的""
比如，這裡STR(my#name)會被替換成"my#name"
一般由任意字元都可以做形參，但以下情況會出錯：
STR())這樣，編譯器不會把“)”當成STR()的引數。
STR(,)同上，編譯器不會把“,”當成STR的引數。
STR(A,B)如果實參過多，則編譯器會把多餘的引數捨去。（VC++2008為例）
STR((A,B))會被解讀為實參為：(A,B)，而不是被解讀為兩個實參，第一個是(A第二個是B)。
1.4、 有參巨集定義中##的用法
#define WIDE(str) L##str
則會將形參str的前面加上L
比如：WIDE("abc")就會被替換成L"abc"
如果有#define FUN(a,b) vo##a##b()
那麼FUN(id ma,in)會被替換成void main()
1.5、 多行巨集定義：
#define doit(m,n) for(int i=0;i<(n);++i)\ {\ m+=i;\ }
2. 巨集中"#"和"##"的用法：
2.1 一般用法
我們使用#把巨集引數變為一個字串,用##把兩個巨集引數貼合在一起.
用法:
#include<cstdio> #include<climits> using namespace std; #define STR(s) #s #define CONS(a,b) int(a##e##b) int main() { printf(STR(vck)); // 輸出字串"vck" printf("%d/n", CONS(2,3)); // 2e3 輸出:2000 return 0; }
2.2、當巨集引數是另一個巨集的時候
需要注意的是凡巨集定義裡有用'#'或'##'的地方巨集引數是不會再展開.
(1) 非'#'和'##'的情況
#define TOW (2) #define MUL(a,b) (a*b) printf("%d*%d=%d/n", TOW, TOW, MUL(TOW,TOW)); //這行的巨集會被展開為： printf("%d*%d=%d/n", (2), (2), ((2)*(2))); //MUL裡的引數TOW會被展開為(2).
(2) 當有'#'或'##'的時候
#define A (2) #define STR(s) #s #define CONS(a,b) int(a##e##b) printf("int max: %s/n", STR(INT_MAX)); // INT_MAX #include<climits> //這行會被展開為： printf("int max: %s/n", "INT_MAX"); printf("%s/n", CONS(A, A)); // compile error //這一行則是： printf("%s/n", int(AeA));
INT_MAX和A都不會再被展開, 然而解決這個問題的方法很簡單. 加多一層中間轉換巨集.
加這層巨集的用意是把所有巨集的引數在這層裡全部展開, 那麼在轉換巨集裡的那一個巨集(_STR)就能得到正確的巨集引數.
#define A (2) #define _STR(s) #s #define STR(s) _STR(s) // 轉換巨集 #define _CONS(a,b) int(a##e##b) #define CONS(a,b) _CONS(a,b) // 轉換巨集 printf("int max: %s/n", STR(INT_MAX)); // INT_MAX,int型的最大值,為一個變數 #include<climits> //輸出為: int max: 0x7fffffff STR(INT_MAX) --> _STR(0x7fffffff) 然後再轉換成字串; printf("%d/n", CONS(A, A)); //輸出為：200 CONS(A, A) --> _CONS((2), (2)) --> int((2)e(2))
2.3、'#'和'##'的一些應用特例
(1) 合併匿名變數名
#define ___ANONYMOUS1(type, var, line) type var##line #define __ANONYMOUS0(type, line) ___ANONYMOUS1(type, _anonymous, line) #define ANONYMOUS(type) __ANONYMOUS0(type, __LINE__)
例：ANONYMOUS(static int); 即: static int _anonymous70; 70表示該行行號;
第一層：
ANONYMOUS(static int); --> __ANONYMOUS0(static int, __LINE__);
第二層：
--> ___ANONYMOUS1(static int, _anonymous, 70);
第三層：
--> static int _anonymous70;
即每次只能解開當前層的巨集,所以__LINE__在第二層才能被解開;
(2) 填充結構
#define FILL(a) {a, #a} enum IDD{OPEN, CLOSE}; typedef struct MSG{ IDD id; const char * msg; }MSG; MSG _msg[] = {FILL(OPEN), FILL(CLOSE)};
相當於：
MSG _msg[] = {{OPEN, "OPEN"},
{CLOSE, "CLOSE"}};
(3) 記錄檔名
#define _GET_FILE_NAME(f) #f #define GET_FILE_NAME(f) _GET_FILE_NAME(f) static char FILE_NAME[] = GET_FILE_NAME(__FILE__);
(4) 得到一個數值型別所對應的字串緩衝大小
#define _TYPE_BUF_SIZE(type) sizeof #type #define TYPE_BUF_SIZE(type) _TYPE_BUF_SIZE(type) char buf[TYPE_BUF_SIZE(INT_MAX)]; --> char buf[_TYPE_BUF_SIZE(0x7fffffff)]; --> char buf[sizeof "0x7fffffff"];
這裡相當於：
char buf[11];