C++预处理命令#define宏(macro)展开的若干用法

           提及#define，你会不会马上联想到自己时时用#define MAX 100用于标记一个数组的长度？这样做无非两个原因，一来，#define是编译时的宏展开，对运行时间毫无影响。其二，使用诸如MAX这类见名知其意的标识符代替生硬的数学符号使程序更加清晰，而且更改起来着实方便，一改全改。试想一下，一个几万行的代码工程中有1000多个200，500这样的数字，你逐一改下去，即便再有耐心也会抓狂吧。(MSDN:You can use the#define directive to give a meaningful name to a constant in your program.)

然而 #define宏展开的用法远不止这一点，它还有其他更多让人意想不到的方式，好好利用，可以提升你的代码质量。笔者在此作一个小小的总结，以便大家查阅。

#define指令一共有两种语法定义

Syntax

#define identifier token-string_opt 

#define identifier[(identifier_opt,...,identifier_opt )]token-string_opt

第一种是形如#define MAX 100之类不带参数的定义，而第二种就是笔者今天要重点提及的形式，带参数形式宏展开。

#define WIDTH       80#define LENGTH      ( WIDTH + 10 ) //不带参数宏定义

话不多说，咱看例子Example1:

#include <iostream>#define Error(n) std::cout<<"Error "#n<<std::endl;//宏展开 #define Joint(a,b,c) a##b##c  //连接字符串a,b,c int main(){Error(123);unsigned int Link = Joint(12,06,3);std::cout << link << std::endl;    return 0;}

运行结果：

Error 123

12063

这种用法是把一个类似于函数形式的表达式宏展开，Error(n) 在编译时会用std::cout<<"Error "#n<<std::endl语句替代，这句话的作用就是输出字符串"Error"，接着用"#"连接n，n的值需要在程序编写时指定，而不能用类似于函数的形式接受"用户"的赋值。

如果在Error(123);这句之前加上

  int test;
 std::cin >> macroT;
 Error(macroT);

这里不会发生奇迹。你输入一个123或者任何其他的数字,它运行结果只会是这样

Error macroT

而不是Error 123（或其他数字）

给你5秒钟想想为什么？

。。。

            有些人会说，这句宏展开的样子长得实在太像函数了，就像双胞胎一样。

然而它们的本质却确完全不一样。一个是编译时执行(#define Error(n))，而一个是运行时执行(void Error(n))。

            仔细想一下，编译是在运行之前执行的，而std::cin>>macroT是在运行时才执行的，所以它们是配不到一块去的。至于为什么会输出"test"这样的字符串，

通过解释这句代码

std::cout << "Compile:";
 Error(macroT);

结合宏展开

Error(n) std::cout<<"Error "#n<<std::endl;可以推断它Error(macroT)作用实际是

输出字符串"Error"+"macroT"，没错，这里的macroT它不是那个整型变量macroT，只是一个字符串型参数，即n，n后面"#"的作用是把字符串n连接到之前的"Error "字符串中。

还不明白？下面这个例子会加深你的理解。

#include <iostream>#define Error(n) std::cout<<"Error "#n<<std::endl;//宏展开 #define Joint(a,b,c) a##b##c  //连接a,b,c字符串void ErrorRun(int n){   //函数调用方式    std::cout << "Error " << n << std::endl;}int main(){int macroT;std::cin >> macroT;std::cout << "Compile:";Error(macroT);// macroT只是一个参数，名字跟之前定义的int型变量相同而已，代表的东西不同             //   macroT在编译时就进行了连接，先于int型变量。std::cout << "Run:    ";ErrorRun(macroT);//通过函数调用才是int型的变量macroT,它是用户在运行程序时指定的unsigned int Link = Joint(12,06,3);std::cout << "Joint:  " Link << std::endl;    return 0;}

输入123

运行结果：

Compile:Error macroT
Run:    Error 123
Joint:  12063

 

明白了吧。我这么笨瓜的人都懂了。这个弄懂了下面的Joint(a,b,c)就稍好说了。首先，两条宏指令大体上相同，不过Joint(a,b,c)后面不是一个输出这样的动作型语句了，而是a##b##c。那么##是连接什么类型？int?char?char*?还是什么？假设你不知道，可以经过多次试验证实##只连接int 型。

#define Joint2(a,b,c) a#b#c

  char Link2 = Joint2('12','06','3');
 std::cout << Link2 << endl;  //通不过编译

所以不能想当然地“造句”。

#define Joint(ab,c) a##b##c

unsigned int Link = Joint(12,06,3);

作用：先将Joint(12,06,3);展开为12063，这个数是int型，再将其赋值给Link,，最后输出。

NOTE：宏展开只占编译时间，不占运行时间。函数调用会影响运行时间，需要分配单元，保留现场，值传递，返回。

 

再举个例子

Example2:

#include <iostream>using namespace std;// Macro to get a random integer with a specified range #define getrandom(min, max) \    ((rand()%(int)(((max) + 1)-(min)))+ (min)) //得到随机数的公式 inline int GetRandom(int min,int max){ //内联地展开       return (rand()%(int)(max+1-min)+min); }int main(){srand((unsigned)time(NULL));//时间种子，每次运行时得到的随机数都不相同cout << "Get Random number through #define:" << endl;//通过宏展开方式得到10个随机数 for(int i = 0; i != 10; ++i){     int tmp = getrandom(2,100);    cout << tmp << ' ';}cout << endl;cout << "Get Random number through function:" << endl;//通过函数调用方式得到10个随机数 for(int i = 0; i != 10;  ++i){   int temp = GetRandom(2,100);   cout << temp << ' ';}cout << endl;return 0;}

这里定义GetRandom(int,int)为内联函数，由于笔者今天重点在宏上，所以对内联函数不作详解（感兴趣的话点击我）。内联函数类似于宏展开，形式像函数，但是它是编译时直接展开的。有一点很奇怪，GetRandom(int,int)可以接收在运行时得到的min和max（这一点宏展开绝对不允许，但内联函数做到了）。如果你知道原因的话请留个言告诉我吧。

         int min,max;cin >> min >> max;for(int i = 0; i != 10;  ++i){   int temp = GetRandom(min,max); //接收运行时的值，不明白为什么还能正常工作。   cout << temp << ' ';}

 

注意：在宏展开语句#define getrandom(min, max) \
    ((rand()%(int)(((max) + 1)-(min)))+ (min)) 中的公式((rand()%(int)(((max) + 1)-(min)))+ (min)) (max)和(min)一定要加上括号,不然易出错。

如：

#define PI 3.1415926

#define DEMO(r) PI * r * r

...

area =DEMO(3);

显然这样是没有什么问题，但是，如果是area = DEMO(a+b);（假定a,b已经在编程时赋值）呢?宏展开是PI * a + b * a + b,这与我们的意愿不符，所以，应该设计成以下方式

#defien DEMO(r)  PI * ( r )  * (  r )

这样会展开为PI * ( a + b) * (a + b)，不容易出错。养成良好的习惯非常重要。

 

函数可以用过引用的方式返回多个值：

如int DEMO(int a,int &b,int &c){

...

return a;

}

可以返回a,b,c三个值。

宏展开也可以返回多个值：

Example3:

 

#include <iostream>#include <iomanip>  //用于保留小数点位数 using namespace std;#define PI 3.1415926#define A 100#define B 200#define RADIUS 50#define AREA(LINE,RECTANGLE,TRIANGLE,CIRCLE)\        LINE = 0; RECTANGLE = A * B;\        TRIANGLE = 0.5 * RECTANGLE; CIRCLE = PI * RADIUS * RADIUS;//RECTANGLE 先于TRIANGLE正确 #define CIRCLE(R,L,S,V) L = 2 * PI * R; S = PI * R * R; V = 4.0/3.0 * PI * R * R * R;int main(){       float line,rectangle,triangle,circle;       AREA(line,rectangle,triangle,circle);       cout << line << "\t" << rectangle << "\t" \       << triangle << "\t" << circle << endl;              float r,l,s,v;       cin >> r;       CIRCLE(r,l,s,v); //返回多个值       cout << r << "\t" << l << "\t" << s << "\t" << v << endl;       cout.precision(2);       cout<<setiosflags(ios::fixed)<<setprecision(2)<<s<<endl; // 保留两位小数       return 0;}

这个程序比较好理解，大家可以自己琢磨一下。关于宏展开的用法就交流到这里吧。相信看完此篇文章，你会对#define指令有一个更深层次的理解。

 附录：

可以用#undef命令终止宏定义的作用域。

int main(){...}//#define有效范围截止于此#undeff1(){...}