define的用法与注意事项

付笑

#define是C语言中提供的宏定义命令，其主要目的是为程序员在编程时提供一定的方便，并能在一定程度上提高程序的运行效率，但在学习时往往不能理解该命令的本质，总是在此处产生一些困惑，在编程时误用该命令，使得程序的运行与预期的目的不一致，或者在读别人写的程序时，把运行结果理解错误，这对C语言的学习很不利。下面将分别对基本用法和特殊做详细介绍。一、#define的基本用法
1　#define命令剖析
1.1   #define的概念
#define命令是C语言中的一个宏定义命令，它用来将一个标识符定义为一个字符串，该标识符被称为宏名，被定义的字符串称为替换文本。该命令有两种格式：一种是简单的宏定义，另一种是带参数的宏定义。
(1)   简单的宏定义：
#define   <宏名>　　<字符串>
例：   #define PI 3.1415926
(2) 带参数的宏定义
#define   <宏名> (<参数表>)   <宏体>
例： #define   A(x) x
      一个标识符被宏定义后，该标识符便是一个宏名。这时，在程序中出现的是宏名，在该程序被编译前，先将宏名用被定义的字符串替换，这称为宏替换，替换后才进行编译，宏替换是简单的替换。
1.2 宏替换发生的时机
为了能够真正理解#define的作用，让我们来了解一下对C语言源程序的处理过程。当我们在一个集成的开发环境如Turbo C中将编写好的源程序进行编译时，实际经过了预处理、编译、汇编和连接几个过程：
             (预处理)                                (编译)                      (汇编)                                      (链接)
源程序------------>修改后的源程序------------->汇编程序----------->可重定位的目标程序------------->可执行目标程序
其中预处理器产生编译器的输入，它实现以下的功能：
（1）    文件包含
可以把源程序中的#include 扩展为文件正文，即把包含的.h文件找到并展开到#include 所在处。
（2）    条件编译
预处理器根据#if和#ifdef等编译命令及其后的条件，将源程序中的某部分包含进来或排除在外，通常把排除在外的语句转换成空行。
（3）    宏展开
预处理器将源程序文件中出现的对宏的引用展开成相应的宏定义，即本文所说的#define的功能，由预处理器来完成。经过预处理器处理的源程序与之前的源程序有所有不同，在这个阶段所进行的工作只是纯粹的替换与展开，没有任何计算功能，所以在学习#define命令时只要能真正理解这一点，这样才不会对此命令引起误解并误用。
2　#define使用中的常见问题解析
2.1 简单宏定义使用中出现的问题
在简单宏定义的使用中，当替换文本所表示的字符串为一个表达式时，容易引起误解和误用。如下例：
例1   #define   N   2+2
void main()
{
   int   a=N*N;
   printf(“%d”,a);
}
(1) 出现问题：在此程序中存在着宏定义命令，宏N代表的字符串是2+2，在程序中有对宏N的使用，一般同学在读该程序时，容易产生的问题是先求解N为2＋2＝4，然后在程序中计算a时使用乘法，即N*N=4*4=16,其实该题的结果为8，为什么结果有这么大的偏差?
(2) 问题解析：如1节所述，宏展开是在预处理阶段完成的，这个阶段把替换文本只是看作一个字符串，并不会有任何的计算发生，在展开时是在宏N出现的地方只是简单地使用串2＋2来代替N，并不会增添任何的符号，所以对该程序展开后的结果是a=2+2*2+2，计算后=8，这就是宏替换的实质，如何写程序才能完成结果为16的运算呢？
(3)解决办法：将宏定义写成如下形式
#define   N   (2+2)
这样就可替换成(2+2)*(2+2)=16
2.2 带参数的宏定义出现的问题
    在带参数的宏定义的使用中，极易引起误解。例如我们需要做个宏替换能求任何数的平方，这就需要使用参数，以便在程序中用实际参数来替换宏定义中的参数。一般学生容易写成如下形式：
#define   area(x)   x*x
这在使用中是很容易出现问题的，看如下的程序
void main()
{
    int   y=area(2+2);
    printf(“%d”,y);
}按理说给的参数是2+2，所得的结果应该为4*4=16，但是错了，因为该程序的实际结果为8，仍然是没能遵循纯粹的简单替换的规则，又是先计算再替换了，在这道程序里，2+2即为area宏中的参数，应该由它来替换宏定义中的x，即替换成2+2*2+2=8了。那如果遵循(1)中的解决办法，把2+2 括起来，即把宏体中的x括起来，是否可以呢？  #define   area(x) (x)*(x)，对于area(2+2)，替换为(2+2)*(2+2)=16，可以解决；但是对于area(2+2)/area(2+2)又会怎么样呢？又错了，还是忘了遵循先替换再计算的规则了，这道题替换后会变为 (2+2)*(2+2)/(2+2)*(2+2)即4*4/4*4按照乘除运算规则，结果为16/4*4=4*4=16，那应该怎么呢？解决方法是在整个宏体上再加一个括号，即#define   area(x) ((x)*(x))，不要觉得这没必要，没有它，是不行的。
     要想能够真正使用好宏定义，一定要记住先将程序中对宏的使用全部替换成它所代表的字符串，不要自作主张地添加任何其他符号，完全展开后再进行相应的计算，就不会写错运行结果。在编程使用宏替换时，当字符串中不只一个符号时，加上括号表现出优先级，如果是带参数的宏定义，则要给宏体中的每个参数加上括号，并在整个宏体上再加一个括号。
3   宏定义的优点
(1)   方便程序的修改
      使用简单宏定义可用宏代替一个在程序中经常使用的常量，这样在将该常量改变时，不用对整个程序进行修改，只修改宏定义的字符串即可，而且当常量比较长时，我们可以用较短的有意义的标识符来写程序，这样更方便一些。
(2) 提高程序的运行效率
      使用带参数的宏定义可完成函数调用的功能，又能减少系统开销，提高运行效率。正如C语言中所讲，函数的使用可以使程序更加模块化，便于组织，而且可重复利用，但在发生函数调用时，需要保留调用函数的现场，以便子函数执行结束后能返回继续执行，同样在子函数执行完后要恢复调用函数的现场，这都需要一定的时间，如果子函数执行的操作比较多，这种转换时间开销可以忽略，但如果子函数完成的功能比较少，甚至于只完成一点操作，如一个乘法语句的操作，则这部分转换开销就相对较大了，但使用带参数的宏定义就不会出现这个问题，因为它是在预处理阶段即进行了宏展开，在执行时不需要转换，即在当地执行。宏定义可完成简单的操作，但复杂的操作还是要由函数调用来完成，而且宏定义所占用的目标代码空间相对较大。所以在使用时要依据具体情况来决定是否使用宏定义。
4.关于宏与const,inline,emun的区别与比较此处不再讨论。
二、define中的三个特殊符号：#，##，#@
#define Conn(x,y) x##y
#define ToChar(x) #@x
#define ToString(x) #x
x##y表示什么？表示x连接y，举例说：
int n = Conn(123,456);   结果就是n=123456;
char* str = Conn("asdf", "adf")结果就是 str = "asdfadf";
再来看#@x，其实就是给x加上单引号，结果返回是一个const char。举例说：
char a = ToChar(1);结果就是a=1;
做个越界试验char a = ToChar(123);结果就错了;
但是如果你的参数超过四个字符，编译器就给给你报错了！error C2015: too many characters in constant   ：P
最后看看#x,估计你也明白了，他是给x加双引号
char* str = ToString(123132);就成了str="123132";