min和max是兩個很常用的操作，一般都是用巨集實現的，不過想要寫出一個很完善的巨集定義還是要考慮很多問題的，本文就來分析下Linux Kernel中的實現方法。文中僅考慮min，max的結構與其完全相同，只要修改下大於小於號即可。

巨集定義中要將整體和變數都加上括號的意義此處就不多說了，據此我們可以寫出一個最基本的形式：

#define min(a, b) ((a) < (b) ? (a) : (b))

然而這種寫法是有副作用的，考慮min(a++, b)這樣的用法，其展開後的形式為：

((a++) < (b) ? (a++) : (b++))

當a<b時，a++

#define min(a, b) ({ \
    typeof(a) __min1__ = (a);  \
    typeof(b) __min2__ = (b);  \
    (void)(&__min1__ == &__min2__);  \
    __min1__ < __min2__ ? __min1__ : __min2__;})

這裡用到了GCC的一個擴充套件特性，形如({ ... })這樣的程式碼塊會被視為一條語句，其計算結果是{ ... }中最後一條語句的計算結果。故上述巨集定義展開後的結果就是第5行返回的結果。注意，這個擴充套件特性不是所有編譯器都有的，如果用VS編譯上述程式碼，是無法通過編譯的。
這個巨集定義中，先根據a, b的型別生成了兩個區域性變數__min1__

以上巨集定義就是網上普遍流傳的Linux Kernel中的實現方法，然而，我實際閱讀了當前4.9版本的Kernel原始碼，發現實際的實現方法要更復雜一些。在引入實際的實現方法前，我們先思考一下以上巨集定義還存在什麼漏洞。

考慮以下程式碼段：

int __min1__ = 10;
int __min2__ = 20
 
;
int min_val = min(__min1__--, __min2__++);

期望得到的結果應該是__min1__ = 9, __min2__ = 21, min_val = 10。然而實際情況是，__min1__ = 10, __min2__ = 20，min_val的值則是不確定的。造成這一結果的原因在於輸入引數和巨集定義內部使用的區域性變數重名了，這樣就會導致在巨集定義的語句塊內，外層同名變數的作用域被內層區域性變數的作用域所遮蔽，展開後的程式碼就成了這樣：

int main_val = ({typeof(__min1__--) __min1__ = (__min1__--); /* 省略 */ })

這就類似於int a = a這樣的語句，執行完後a的值是不確定的，且因為展開後__min1__成了巨集體內的區域性變數，__min1__–的自減操作對於外層變數來說也是無效的。

知道問題的原因後解決方法就很清晰了，只要避免重名就可以了，其實上述巨集定義中使用__min1__這樣的名字也是為了避免重名，然而，靠起特殊的名字這種方法不是那麼的優雅，故實際新版的Linux Kernel中使用了編譯器產生的唯一名稱來解決這一問題：

/* Indirect macros required for expanded argument pasting, eg. __LINE__. */
#define ___PASTE(a,b) a##b
#define __PASTE(a,b) ___PASTE(a,b)

#define __UNIQUE_ID(prefix) __PASTE(__PASTE(__UNIQUE_ID_, prefix), __COUNTER__)

/*
 * min()/max()/clamp() macros that also do
 * strict type-checking.. See the
 * "unnecessary" pointer comparison.
 */
#define __min(t1, t2, min1, min2, x, y) ({      \
    t1 min1 = (x);                  \
    t2 min2 = (y);                  \
    (void) (&min1 == &min2);            \
    min1 < min2 ? min1 : min2; })
#define min(x, y)                   \
    __min(typeof(x), typeof(y),         \
          __UNIQUE_ID(min1_), __UNIQUE_ID(min2_),   \
          x, y)

可以看到這是一個多重的巨集巢狀結構，主要區別就在於__UNIQUE_ID(min1_)上，__UNIQUE_ID可以生成一個唯一的名字。唯一性是由編譯器提供的__COUNTER__巨集保證的，這也是GCC的一個擴充套件，GCC文件中對其的說明如下：

This macro expands to sequential integral values starting from 0. In conjunction with the ## operator, this provides a convenient means to generate unique identifiers.

簡而言之，__COUNTER__會被展開為一個從0開始的整數，且每次呼叫後其值都會加一，這也就保證了其唯一性。

至於__PASTE巨集這是用來實現兩個token連線的，之所以要兩重巨集定義和巨集的巢狀展開規則有關，可以參考我之前寫的總結文章。呼叫__UNIQUE_ID(min1_)後產生的就是形如__UNIQUE_ID_min1_0這樣的變數名，這就確保了此名稱不會和傳入變數的名稱重複了。當然，我們還是可以通過刻意構造這樣一個特殊名稱來實現衝突的，只是程式是程式設計師自己寫的，相信也沒有程式設計師這麼無聊……故我們只需要保證正常情況下不會發生衝突即可。