#define的基本用法(轉載)

一、#define的基本用法

    #define是C語言中提供的宏定義命令，其主要目的是爲程序員在編程時提供一定的方便，並能在一定程度上提高程序的運行效率，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，在編程時誤用該命令，使得程序的運行與預期的目的不一致，或者在讀別人寫的程序時，把運行結果理解錯誤，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語言中的一個宏定義命令，它用來將一個標識符定義爲一個字符串，該標識符被稱爲宏名，被定義的字符串稱爲替換文本。
該命令有兩種格式：一種是簡單的宏定義，另一種是帶參數的宏定義。

(1)簡單的宏定義：

#define
<宏名>　　<字符串>
例： #define PI 3.1415926

(2) 帶參數的宏定義
 

#define
<宏名> 
(<參數表>)
<宏體>
例： #define A(x) x

    一個標識符被宏定義後，該標識符便是一個宏名。這時，在程序中出現的是宏名，在該程序被編譯前，先將宏名用被定義的字符串替換，這稱爲宏替換，替換後才進行編譯，宏替換是簡單的替換。

1.2 宏替換髮生的時機

    爲了能夠真正理解#define的作用，讓我們來了解一下對C語言源程序的處理過程。當我們在一個集成的開發環境如Turbo C中將編寫好的源程序進行編譯時，實際經過了預處理、編譯、彙編和連接幾個過程。其中預處理器產生編譯器的輸出，它實現以下的功能：
（1）文件包含
    可以把源程序中的#include 擴展爲文件正文，即把包含的.h文件找到並展開到#include 所在處。
（2）條件編譯
    預處理器根據#if和#ifdef等編譯命令及其後的條件，將源程序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）宏展開
    預處理器將源程序文件中出現的對宏的引用展開成相應的宏 定義，即本文所說的#define的功能，由預處理器來完成。
    經過預處理器處理的源程序與之前的源程序有所有不同，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，這樣纔不會對此命令引起誤解並誤用。

2　#define使用中的常見問題解析

2.1 簡單宏定義使用中出現的問題

    在簡單宏定義的使用中，當替換文本所表示的字符串爲一個表達式時，容易引起誤解和誤用。如下例：
   

例1 #define N 2+2
void main()
{
   int a=N*N;
   printf(“%d”,a);
}

    (1) 出現問題：

    在此程序中存在着宏定義命令，宏N代表的字符串是2+2，在程序中有對宏N的使用，一般同學在讀該程序時，容易產生的問題是先求解N爲2＋2＝4，然後在程序中計算a時使用乘法，即N*N=4*4=16,其實該題的結果爲8，爲什麼結果有這麼大的偏差?

    (2) 問題解析：

    如1節所述，宏展開是在預處理階段完成的，這個階段把替換文本只是看作一個字符串，並不會有任何的計算髮生，在展開時是在宏N出現的地方 只是簡單地使用串2＋2來代替N，並不會增添任何的符號，所以對該程序展開後的結果是a=2+2*2+2，計算後=8，這就是宏替換的實質，如何寫程序才能完成結果爲16的運算呢？

   (3)解決辦法：

/*將宏定義寫成如下形式*/
#define N 
(2+2)
/*這樣就可替換成(2+2)*(2+2)=16*/

2.2 帶參數的宏定義出現的問題

    在帶參數的宏定義的使用中，極易引起誤解。例如我們需要做個宏替換能求任何數的平方，這就需要使用參數，以便在程序中用實際參數來替換宏定義中的參數。一般學生容易寫成如下形式：

#define area(x) x*x
/*這在使用中是很容易出現問題的，看如下的程序*/

void main()
{
    int y = area(2+2);
    printf(“%d”,y);
}

    按理說給的參數是2+2，所得的結果應該爲4*4=16，但是錯了，因爲該程序的實際結果爲8，仍然是沒能遵循純粹的簡單替換的規則，又是先計算再替換 了，在這道程序裏，2+2即爲area宏中的參數，應該由它來替換宏定義中的x，即替換成2+2*2+2=8了。那如果遵循(1)中的解決辦法，把2+2 括起來，即把宏體中的x括起來，是否可以呢？#define area(x) (x)*(x)，對於area(2+2)，替換爲(2+2)*(2+2)=16，可以解決，但是對於area(2+2)/area(2+2)又會怎麼樣呢，有的學生一看到這道題馬上給出結果，因爲分子分母一樣，又錯了，還是忘了遵循先替換再計算的規則了，這道題替換後會變爲 (2+2)*(2+2)/(2+2)*(2+2)即4*4/4*4按照乘除運算規則，結果爲16/4*4=4*4=16，那應該怎麼呢？解決方法是在整個宏體上再加一個括號，即#define   area(x) ((x)*(x))，不要覺得這沒必要，沒有它，是不行的。
    要想能夠真正使用好宏定義，那麼在讀別人的程序時，一定要記住先將程序中對宏的使用全部替換成它所代表的字符串，不要自作主張地添加任何其他符號，完全展開後再進行相應的計算，就不會寫錯運行結果。

   如果是自己編程使用宏替換，則在使用簡單宏定義時，當字符串中不只一個符號時，加上括號表現出優先級，如果是帶參數的宏定義，則要給宏體中的每個參數加上括號，並在整個宏體上再加一個括號。看到這裏，不禁要問，用宏定義這麼麻煩，這麼容易出錯，可不可以摒棄它， 那讓我們來看一下在C語言中用宏定義的好處吧。

如：

#include <iostream.h>
#define product(x)    x*x
int main()
{
    int i=3;
    int j,k;
    j = product(i++);
    cout<<"j="<<j<<endl;
    cout<<"i="<<i<<endl;
    k = product(++i);
    cout<<"k="<<k<<endl;
    cout<<"i="<<i<<endl;
    return 0;
}

依次輸出結果：

j=9;i=5;k=49;i=7

3 宏定義的優點

(1)   方便程序的修改

    使用簡單宏定義可用宏代替一個在程序中經常使用的常量，這樣在將該常量改變時，不用對整個程序進行修改，只修改宏定義的字符串即可，而且當常量比較長時， 我們可以用較短的有意義的標識符來寫程序，這樣更方便一些。我們所說的常量改變不是在程序運行期間改變，而是在編程期間的修改，舉一個大家比較熟悉的例子，圓周率π是在數學上常用的一個值，有時我們會用3.14來表示，有時也會用3.1415926等，這要看計算所需要的精度，如果我們編制的一個程序中 要多次使用它，那麼需要確定一個數值，在本次運行中不改變，但也許後來發現程序所表現的精度有變化，需要改變它的值， 這就需要修改程序中所有的相關數值，這會給我們帶來一定的不便，但如果使用宏定義，使用一個標識符來代替，則在修改時只修改宏定義即可，還可以減少輸入 3.1415926這樣長的數值多次的情況，我們可以如此定義 #define   pi   3.1415926，既減少了輸入又便於修改，何樂而不爲呢？

(2) 提高程序的運行效率

    使用帶參數的宏定義可完成函數調用的功能，又能減少系統開銷，提高運行效率。正如C語言中所講，函數的使用可以使程序更加模塊化，便於組織，而且可重複利用，但在發生函數調用時，需要保留調用函數的現場，以便子 函數執行結束後能返回繼續執行，同樣在子函數執行完後要恢復調用函數的現場，這都需要一定的時間，如果子函數執行的操作比較多，這種轉換時間開銷可以忽 略，但如果子函數完成的功能比較少，甚至於只完成一點操作，如一個乘法語句的操作，則這部分轉換開銷就相對較大了，但使用帶參數的宏定義就不會出現這個問 題，因爲它是在預處理階段即進行了宏展開，在執行時不需要轉換，即在當地執行。宏定義可完成簡單的操作，但複雜的操作還是要由函數調用來完成，而且宏定義所佔用的目標代碼空間相對較大。所以在使用時要依據具體情況來決定是否使用宏定義。

4 結語

    本文對C語言中宏定義#define在使用時容易出現的問題進行了解析，並從C源程序處理過程的角度對#define的處理進行了分析，也對它的優點進行 了闡述。只要能夠理解宏展開的規則，掌握使用宏定義時，是在預處理階段對源程序進行替換，只是用對應的字符串替換程序中出現的宏名，這樣就可在正確使用的 基礎上充分享受使用宏定義帶來的方便和效率了

二、define中的三個特殊符號：#，##，#@

#define Conn(x,y) x##y
#define ToChar(x)
#@x
#define ToString(x)
#x

(1)x##y表示什麼？表示x連接y，舉例說：

int n 
= Conn(123,456);
/* 結果就是n=123456;*/
char* str 
= Conn("asdf",
"adf");
/*結果就是 str = "asdfadf";*/

（2）再來看#@x，其實就是給x加上單引號，結果返回是一個const char。舉例說：

char a = ToChar(1);結果就是a='1';
做個越界試驗char a = ToChar(123);結果就錯了;
但是如果你的參數超過四個字符，編譯器就給給你報錯了！

error C2015: too many characters in constant   ：P

(3）最後看看#x,估計你也明白了，他是給x加雙引號

char* str = ToString(123132);就成了str="123132";

三、常用的一些宏定義

1 防止一個頭文件被重複包含

#ifndef BODYDEF_H
#define BODYDEF_H
//頭文件內容

#endif

2 得到指定地址上的一個字節或字

#define MEM_B( x
) ( 
*( (byte
*) 
(x) ) 
)
#define MEM_W( x
) ( 
*( (word
*) 
(x) ) 
)

用法如下：

#include
<iostream>
#include 
<windows.h>

#define MEM_B(x)
(*((byte*)(x)))
#define MEM_W(x)
(*((WORD*)(x)))

int main()
{
    int bTest = 0x123456;

    byte m = MEM_B((&bTest));/*m=0x56*/
    int n = MEM_W((&bTest));/*n=0x3456*/

    return 0;
}

3 得到一個field在結構體(struct)中的偏移量

#define
OFFSETOF( type, field
) ( 
(size_t) &(( type
*) 0)-> field
)

   請參考文章：詳解寫宏定義：得到一個field在結構體（struct type）中的偏移量。

4 得到一個結構體中field所佔用的字節數

#define FSIZ( type, field
) sizeof(
((type 
*) 0)->field
)

5 得到一個變量的地址（word寬度）

#define B_PTR( var
) ( 
(byte *)
(void 
*) &(var)
)
#define W_PTR( var
) ( 
(word *)
(void 
*) &(var)
)

6 將一個字母轉換爲大寫

#define UPCASE( c
) ( 
((c) 
>= ''a''
&& 
(c) <=
''z'')
? ((c)
- 0x20) 
: (c) 
)

7 判斷字符是不是10進值的數字

#define DECCHK( c
) ((c)
>= 
''0'' &&
(c) 
<= ''9'')

8 判斷字符是不是16進值的數字

#define HEXCHK( c
) ( 
((c) 
>= ''0''
&& 
(c) <=
''9'')
||((c)
>= 
''A'' &&
(c) 
<= ''F'')
||((c)
>= 
''a'' &&
(c) 
<= ''f'')
)

9 防止溢出的一個方法

#define INC_SAT( val
) (val 
= ((val)+1
> (val))
? (val)+1
: (val))

10 返回數組元素的個數

#define ARR_SIZE( a
) ( 
sizeof( (a)
) / 
sizeof( (a[0])
) )

11 使用一些宏跟蹤調試

ANSI標準說明了五個預定義的宏名。它們是：

_LINE_ /*(兩個下劃線)，對應%d*/
_FILE_ /*對應%s*/
_DATE_ /*對應%s*/
_TIME_ /*對應%s*/