打印
[开发资料]

C语言中,实现函数宏的三种方式

[复制链接]
1431|39
手机看帖
扫描二维码
随时随地手机跟帖
跳转到指定楼层
楼主
两只袜子|  楼主 | 2023-9-15 15:28 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
1. 函数宏介绍
函数宏,即包含多条语句的宏定义,其通常为某一被频繁调用的功能的语句封装,且不想通过函数方式封装来降低额外的弹栈压栈开销。
函数宏本质上为宏,可以直接进行定义,例如:

#define INT_SWAP(a,b) \
    int tmp = a;    \
    a = b;          \
    b = tmp
但上述的宏具有一个明显的缺点:当遇到 if、while 等语句且不使用花括号仅调用宏时,实际作用范围在宏的第一个分号后便结束。即 a = b 和 b = tmp 均不受控制语句所作用。

因此,在工程中,一般使用三种方式来对函数宏进行封装,分别为 {}、do{...}while(0) 和 ({})。下文将一一对三种方式进行分析,比较各自的优劣点。

2. {} 方式

INT_SWAP 宏使用 {} 封装后形态如下:

#define INT_SWAP(a,b)\
{                   \
    int tmp = a;    \
    a = b;          \
    b = tmp;        \
}
此时,直接调用与在无花括号的控制语句(如 if、while)中调用均能正常运行,例如:

#define INT_SWAP(a,b) \
{                   \
    int tmp = a;    \
    a = b;          \
    b = tmp;        \
}

int main()
{
int var_a = 1;
int var_b = 2;

INT_SWAP(var_a, var_b);
printf("var_a = %d, var_b = %d\n", var_a, var_b);   // var_a = 2, var_b = 1

if (1)
    INT_SWAP(var_a, var_b);
printf("var_a = %d, var_b = %d\n", var_a, var_b);   // var_a = 1, var_b = 2
}
但当无花括号的 if 语句存在其他分支(else if、else 等)如:

if (1)
   INT_SWAP(var_a, var_b);
else
printf("hello world!\n");
会发现编译出错:

...
/mnt/hgfs/share/pr_c/src/main.c: In function ‘main’:
/mnt/hgfs/share/pr_c/src/main.c:18:2: error: ‘else’ without a previous ‘if’
  else
这是因为 INT_SWAP(var_a, var_b); 最后的 ; 已经把 if 的作用域终结了,后续的 else 当然没有找到与之匹配的 if 了。

因此,解决方法有两种,分别为不使用 ;(port.1)或规定必须使用带花括号的 if(port.2),例如:

/* port.1 */
if (1)
   INT_SWAP(var_a, var_b)
else
{
    printf("hello world!\n");
}

/* port.2 */
if (1)
{
   INT_SWAP(var_a, var_b);
}
else
{
    printf("hello world!\n");
}
可见,不使用 ; 的调用方式无论从程序阅读还是使用方法方面都是十分别扭的;而规定必须使用带花括号的 if 的调用方式有违常理的,因为宏函数应该适用于任何语法。

优缺点总结:

优点:简单粗暴。
缺点:不能在无花括号且有分支的 if 语句中直接调用;能够不带 ; 直接调用。

使用特权

评论回复
沙发
两只袜子|  楼主 | 2023-9-15 15:28 | 只看该作者
3. do{...}while(0) 方式
INT_SWAP 宏使用 do{...}while(0) 封装后形态如下:

#define INT_SWAP(a,b)   \
do{                     \
    int tmp = a;        \
    a = b;              \
    b = tmp;            \
}while(0)
do{...}while(0) 表示只执行一遍 {} 内的语句,表象来说与 {} 的功能是一致的。不同的是,do{...} while(0) 可以提前退出函数宏、整合为一条语句与强制调用时必须使用 ;。

由于 do{...}while(0) 实际为 while 循环,因此可以使用关键字 break 提前结束循环。利用该特性,可以为函数宏添加参数检测。例如:

#define INT_SWAP(a,b)  \
do{                 \
if (a < 0 || b < 0) \
  break;   \
    int tmp = a;     \
    a = b;           \
    b = tmp;         \
}while(0)
由于 do{...}while(0); 实际为一种语法,编译器会把 do{...}while(0); 认为为一条语句。

因此,do{...}while(0) 方式的函数宏可以在无花括号且有分支的 if 语句中直接调用。例如:

#define INT_SWAP(a,b)  \
do{                 \
if (a < 0 || b < 0) \
  break;   \
    int tmp = a;     \
    a = b;           \
    b = tmp;         \
}while(0)

int main()
{
int var_a = 1;
int var_b = 2;

if (1)
    INT_SWAP(var_a, var_b);
else
  printf("hello world!\n");
printf("var_a = %d, var_b = %d\n", var_a, var_b); // var_a = 2, var_b = 1

return 0;
}

C 语言规定,do{...}while(0) 语法必须使用 ; 作为语句结尾。因此不可能存在以下语句的程序出现:

if (1)
   INT_SWAP(var_a, var_b)
else
{
printf("hello world!\n");
}

优缺点总结:

优点:支持在无花括号且有分支的 if 语句中直接调用;支持提前退出函数宏;强制调用时必须使用 ;。
缺点:无返回值,不能作为表达式的右值使用。

使用特权

评论回复
板凳
两只袜子|  楼主 | 2023-9-15 15:28 | 只看该作者
4. ({}) 方式
({}) 为 GNU C 扩展的语法,非 C 语言的原生语法。

INT_SWAP 宏使用 ({}) 封装后形态如下:

#define INT_SWAP(a,b)   \
({                      \
    int tmp = a;        \
    a = b;              \
    b = tmp;            \
})

与 do{...}while(0) 相同,({}) 支持在无花括号且有分支的 if 语句中直接调用。例如:

#define INT_SWAP(a,b)  \
({                 \
int tmp = a;    \
a = b;          \
b = tmp;        \
})

int main()
{
int var_a = 1;
int var_b = 2;

if (1)
    INT_SWAP(var_a, var_b);
else
  printf("hello world!\n");
printf("var_a = %d, var_b = %d\n", var_a, var_b); // var_a = 2, var_b = 1

return 0;
}

与 do{...}while(0) 不同的是,({}) 不能提前退出函数宏与支持返回值。({}) 毕竟不是 while 循环,不能直接使用 break退出函数宏是比较容易理解。那支持返回值是什么意思呢?

答案是 C 语言规定 ({}) 中的最后一条语句的结果为该双括号体的返回值。例如:

int main()
{
int a = ({
  10;
  1000;
});
printf("a = %d\n", a);      // a = 1000
}

因此,({}) 可以为函数宏提供返回值。例如:

#define INT_SWAP(a,b)  \
({                 \
int ret = 0;  \
if (a < 0 || b < 0) \
{     \
  ret = -1;  \
}     \
else    \
{     \
  int tmp = a;    \
  a = b;          \
  b = tmp;        \
}     \
ret;    \
})

int main()
{
int var_a = 1;
int var_b = 2;

if (INT_SWAP(var_a, var_b) != -1)
  printf("swap success !!\n");     // swap success !!
else
  printf("swap fail !!\n");
printf("var_a = %d, var_b = %d\n", var_a, var_b); // var_a = 2, var_b = 1

return 0;
}
可见,此时的 INT_SWAP 宏已与函数十分接近。

优缺点总结:

优点:支持在无花括号且有分支的 if 语句中直接调用;有返回值,支持作为表达式的右值。
缺点:不支持提前退出函数宏;非 C 的原生语法,编译器可能不支持。
5. 总结
综上,在 {}、do{...}while(0) 和 ({}) 这三种函数宏的封装方式之中,应尽可能不使用 {},考虑兼容性一般选择使用 do{...}while(0),当需要函数宏返回时可以考虑使用 ({}) 或直接定义函数。

使用特权

评论回复
地板
中国龙芯CDX| | 2023-9-18 12:23 | 只看该作者
数值交换如果交换地址里面的内容或是地址就更直接了

使用特权

评论回复
5
AdaMaYun| | 2023-9-21 19:12 | 只看该作者
其实宏也是定义的一种形式吧

使用特权

评论回复
6
小小蚂蚁举千斤| | 2023-9-22 13:25 | 只看该作者
宏指令不支持提前退出函数宏;非 C 的原生语法,编译器可能不支持。

使用特权

评论回复
7
小暖| | 2023-9-25 10:42 | 只看该作者
学习一下,感谢分享

使用特权

评论回复
8
szt1993| | 2023-9-26 14:00 | 只看该作者
宏指令是汇编语言程序中的一种伪指令.
宏指令是代表某功能的一段源程序.

使用特权

评论回复
9
sdlls| | 2023-10-5 13:12 | 只看该作者
这种方式的宏可以直接在源代码中替换为定义的内容,但需要注意的是,如果宏定义中包含复杂的语句,如if、while等,那么在替换后的代码中,这些语句将无法正确执行,因为宏的替换是在预处理阶段进行的,这一阶段的代码不会被执行。

使用特权

评论回复
10
wangdezhi| | 2023-10-5 13:45 | 只看该作者
宏定义在预处理阶段进行文本替换,并没有函数调用的开销。但由于宏替换发生在编译之前,可能会产生一些与作用域和优先级有关的问题。

使用特权

评论回复
11
sesefadou| | 2023-10-6 20:48 | 只看该作者
最基本的函数宏形式,使用#define关键字定义。它将参数直接替换到宏定义的位置,没有函数调用的开销

使用特权

评论回复
12
nomomy| | 2023-10-6 21:00 | 只看该作者
宏函数(使用函数样式的宏):

#define SQUARE(x) ({ \
    typeof(x) _x = (x); \
    _x * _x; \
})

使用特权

评论回复
13
adolphcocker| | 2023-10-6 21:08 | 只看该作者
#define MY_FUNCTION(a, b)     ((a) + (b)) int main() {     int x = 5, y = 10;     int z = MY_FUNCTION(x, y);     printf("z = %d\n", z);     return 0;  }

使用特权

评论回复
14
geraldbetty| | 2023-10-6 21:27 | 只看该作者
int (*ptr)(int); // 定义一个指向函数的指针变量  
ptr = &square; // 将square函数的地址赋值给ptr  
int result = ptr(5); // 通过ptr调用square函数,并将结果保存在result变量中
在这个例子中,ptr是一个指向函数的指针变量,它的类型为int (*)(int),表示指向一个接受一个int类型参数并返回int类型结果的函数的指针。通过将square函数的地址赋值给ptr,就可以通过ptr来调用square函数。

使用特权

评论回复
15
tifmill| | 2023-10-6 21:39 | 只看该作者
#define SQUARE(x) \
do { \
    int result = (x) * (x); \
    result; \
} while (0)
复制
这种方式同样可以确保多条语句在宏内部执行,并且它也不会引发副作用问题。通常,这种方式用于更复杂的宏。

使用特权

评论回复
16
jackcat| | 2023-10-6 22:04 | 只看该作者
虽然C语言中的函数宏不能像函数那样返回值,但是你可以使用#define指令和_Generic关键字(C11引入)来创建可以“返回值”的宏。

使用特权

评论回复
17
pl202| | 2023-10-6 22:11 | 只看该作者
C语言提供了inline关键字,用于定义内联函数。内联函数在编译时会被直接插入到调用的地方,类似于宏展开,但具有函数的类型检查和错误处理。

使用特权

评论回复
18
louliana| | 2023-10-6 22:27 | 只看该作者
传统宏定义使用 #define 关键字,它可以定义一个宏名和它的替换文本。

使用特权

评论回复
19
sanfuzi| | 2023-10-6 22:46 | 只看该作者
使用#define关键字定义带参数的宏函数,可以像函数一样传递参数,并在宏定义中使用这些参数。

使用特权

评论回复
20
kkzz| | 2023-10-8 12:26 | 只看该作者
只需要使用#define预处理器指令并指定宏的名称,然后在宏的名称后面提供替换的代码即可。

使用特权

评论回复
发新帖 我要提问
您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

本版积分规则

2039

主题

7368

帖子

10

粉丝