C语言深入分析函数与宏的使用_C/C++

C语言深入分析函数与宏的使用

2022-11-10 14:41清风自在流水潺潺 C/C++

C语言函数是一种函数，用来编译C语言，一般包括字符库函数，数学函数，目录函数，进程函数，诊断函数，操作函数等，宏在C语言中是一段有名称的代码片段。无论何时使用到这个宏的时候，宏的内容都会被这段代码替换掉

一、函数与宏

宏是由预处理器直接替换展开的，编译器不知道宏的存在
函数是由编译器直接编译的实体，调用行为由编译器决定
多次使用宏会导致最终可执行程序的体积增大
函数是跳转执行的，内存中只有一份函数体存在
宏的效率比函数要高，因为是直接展开，无调用开销
函数调用时会创建活动记录，效率不如宏

下面看一个函数与宏的示例，先看这个程序：

#include <stdio.h>

#define RESET(p, len)          \
  while( len > 0 )           \
      ((char*)p)[--len] = 0

void reset(void* p, int len)
{
  while( len > 0 ) 
      ((char*)p)[--len] = 0;
}

int main()
{
  int array[] = {1, 2, 3, 4, 5};
  int len = sizeof(array);
  int i = 0;
  
  RESET(array, len);
  
  for(i=0; i<5; i++)
  {
      printf("array[%d] = %d\n", i, array[i]);
  }
  
  return 0;
}

输出结果如下：

C语言深入分析函数与宏的使用

但是如果我们这么写，RESET(6, len); 程序直接出现段错误，都没有给出警告：

C语言深入分析函数与宏的使用

而我们使用函数reset(6, len); 时，则会出现警告：

C语言深入分析函数与宏的使用

所以说能用函数实现的功能就尽可能的不使用宏。

宏的效率比函数稍高，但是其副作用巨大
宏是文本替换，参数无法进行类型检查
可以用函数完成的功能绝对不用宏
宏的定义中不能出现递归定义

下面看一个宏的副作用的代码：

#include <stdio.h>

#define _ADD_(a, b) a + b
#define _MUL_(a, b) a * b
#define _MIN_(a, b) ((a) < (b) ? (a) : (b))

int main()
{
  int i = 1;
  int j = 10;
  
  printf("%d\n", _MUL_(_ADD_(1, 2), _ADD_(3, 4)));
  printf("%d\n", _MIN_(i++, j));
  
  return 0;
}

输出结果如下：

C语言深入分析函数与宏的使用

按理说输出结果应该是 21 和 1 ，为什么是 11 和 2 呢？下面进行单步调试，输入gcc -E test.c -o test.i，得到 test.i 文件，部分结果如下：

C语言深入分析函数与宏的使用

这样就能解释了。

二、宏的妙用

用于生成一些常规性的代码
封装函数，加上类型信息

下面看一个宏的妙用的示例：

#include <stdio.h>
#include <malloc.h>

#define MALLOC(type, x)   (type*)malloc(sizeof(type)*x)
#define FREE(p)           (free(p), p=NULL)

#define LOG_INT(i)        printf("%s = %d\n", #i, i)
#define LOG_CHAR(c)       printf("%s = %c\n", #c, c)
#define LOG_FLOAT(f)      printf("%s = %f\n", #f, f)
#define LOG_POINTER(p)    printf("%s = %p\n", #p, p)
#define LOG_STRING(s)     printf("%s = %s\n", #s, s)

#define FOREACH(i, n)     while(1) { int i = 0, l = n; for(i=0; i < l; i++)
#define BEGIN             {
#define END               } break; } 

int main()
{
  int* pi = MALLOC(int, 5);
  char* str = "AutumnZe";
  
  LOG_STRING(str);
  
  LOG_POINTER(pi);
  
  FOREACH(k, 5)
  BEGIN
      pi[k] = k + 1;
  END
  
  FOREACH(n, 5)
  BEGIN
      int value = pi[n];
      LOG_INT(value);
  END
  
  FREE(pi);
  
  LOG_POINTER(pi);
  
  return 0;
}

输出结果如下：

C语言深入分析函数与宏的使用

输入gcc -E test.c -o test.i，看看中间文件 test.i，就能理解这段宏的巧妙之处。

int main()
{
  int* pi = (int*)malloc(sizeof(int)*5);
  char* str = "AutumnZe";

  printf("%s = %s\n", "str", str);

  printf("%s = %p\n", "pi", pi);

  while(1) { int k = 0, l = 5; for(k=0; k < l; k++)
  {
      pi[k] = k + 1;
  } break; }

  while(1) { int n = 0, l = 5; for(n=0; n < l; n++)
  {
      int value = pi[n];
      printf("%s = %d\n", "value", value);
  } break; }

  (free(pi), pi=((void *)0));

  printf("%s = %p\n", "pi", pi);

  return 0;
}