從本質上看，C語言中的宏定義實現的是一個文本替換的功能，似乎很簡單的樣子，然而這幾天去看了下Linux Kernel源碼中的各種宏定義，才發現一個宏定義竟然也可以有如此多的奇技淫巧……於是花了一天時間仔細研究了下宏的相關知識，此處整理總結下。
關於宏，網上有一組寫得極好的文章，基本上看完這幾篇文章就可以對宏有一個深入的理解了：
宏定義黑魔法-從入門到奇技淫巧 (1) —— 基本概念
宏定義黑魔法-從入門到奇技淫巧 (2) —— object-like宏的展開
宏定義黑魔法-從入門到奇技淫巧 (3) —— function-like宏的展開
宏定義黑魔法-從入門到奇技淫巧 (4) —— 一些宏的高級用法
宏定義黑魔法-從入門到奇技淫巧 (5) —— 圖靈完備
宏定義黑魔法-從入門到奇技淫巧 (6) —— 宏的一些坑
作者的知乎上也有一份相同的備份。
相同的內容此處就不再重複了，此處列出一些要點。
帶參數的宏中可以使用兩個特殊運算符，#(Stringification Operator)和##(Token Pasting Operator)，作用分別是把宏參數變爲字符串字面量和連接兩個token。且遇到這兩個運算符時，宏參數不會展開。
宏的嵌套展開過程中，已展開過的宏不會重複展開。
宏展開後，會進一步檢查是否構成了新的宏，若構成了會進一步展開。
宏定義中也可以使用…代表可變參數，用__VA_ARGS__獲取可變參數列表。
宏參數會先展開，之後再進行替換，這也被稱爲”prescan”.
宏基本上是圖靈完備的，所以可以只靠宏實現各種東西……
宏的展開過程遵循以下流程圖：
這個流程圖是我根據自己的理解和實驗畫出來的，並不確定完全正確……圖中的“已展開宏記錄”就是文章中說的“藍色列表”。
使用gcc編譯時，可以通過附加-E參數，讓gcc只進行預處理，這樣就可以看到各種宏實際展開出來的結果是什麼了，如gcc -E -o test.i test.c命令對test.c文件進行預處理，生成test.i文件。
關於宏的展開流程，有一些不太明確的地方，此處用例子說明下，結果都經過gcc預處理驗證過。
#define P 2
#define M K(P)
#define K(a) a a ## a a
#define PP 11
#define FOO(a) #a a
FOO(M) --> FOO(K(P))
--> FOO(2 PP 2)
--> FOO(2 11 2)
--> "M" 2 11 2
遇到#或##時，其相連的宏參數不會展開，然而這不意味着這個宏參數本身不會展開，其他部分用到這個宏參數的地方還是會展開的。
另外，#運算符後必須是一個宏參數，不能是其他東西，不過##兩端則無這一要求，來看個例子：
#define P(a) #a a
#define PP(a) #a a
#define CAT(a) P ## P(P##a(a))
CAT(P) --> PP(PP(P))
--> PP("P" P)
--> "PP(P)" "P" P
CAT(A) --> PP(PA(A))
--> "PA(A)" PA(A)
可以看到，##兩端可以是任意token，其作用就是把這兩個token合成一個。另外，還可以看到，##是在最開始就進行處理的，所以P(a)這個宏是沒有用到的。另外，由##操作符組合產生的新宏是會繼續展開的，並不像某些文章說的那樣會停止展開。
關於多次掃描展開的問題，有些文章中說的是展開完成後會重新掃描一遍當前字符串，若有可以繼續展開的則繼續展開，然而實際測試下來並不是這樣的。還是來看個例子：
#define BRACKET ()
#define CREATE(a, b) a ## b
#define FOO() 123
CREATE(F, OO) BRACKET --> FOO BRACKET
--> FOO ()
CREATE(F, OO) () --> FOO ()
--> 123
FOO BRACKET --> FOO ()
可以看到，第1、3個例子中，展開到FOO () 之後就沒有繼續展開下去了，這說明並沒有重新掃描字符串這一步，已經處理過的部分不會再次處理的。而第2個例子則說明的確是會再展開合併出新的宏來的，故上面的流程圖中使用了”向後掃描一個token，形成一個新的字符串”這樣的說法。考慮到token是以空白爲界劃分的，後面組合出來的新宏只可能是function-like的宏，所以這樣的展開方式是不存在歧義的，不會出現原來的宏被組合成其他宏的情況。
如果要繼續展開上面未能展開的那兩個宏，可以再封裝一層：
#define BRACKET ()
#define CREATE(a, b) a ## b
#define FOO() 123
#define EXPAND(...) __VA_ARGS__
EXPAND(CREATE(F, OO) BRACKET) --> EXPAND(FOO())
--> EXPAND(123)
--> 123
這裏利用的原理是：宏參數會先儘可能展開後再進行替換。
將宏定義的各種奇技淫巧應用得巔峯造極、神鬼莫測之作就是The Boost Preprocessing library，這是Boost庫的一部分，不過和其他部分完全獨立，這部分包含了各種數據結構和算法等，而且只有頭文件，全部都是宏定義……簡直可謂是喪心病狂……Github上有人將這部分獨立的代碼提取出來了，有興趣的讀者可以去進一步揣摩瞻仰：boost-preprocessor