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一、#define的基本用法

#define是C語言中提供的宏定義命令，其主要目的是為程序員在編程時提供一定的方便，并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(zhì)，總是在此處產(chǎn)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(jié)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為一個字符串，該標識符被稱為宏名，被定義的字符串稱為替換文本。

該命令有兩種格式：一種是簡單的宏定義，另一種是帶參數(shù)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(shù)的宏定義

#define <宏名> (<參數(shù)表>) <宏體>
例： #define A(x) x
一個標識符被宏定義后，該標識符便是一個宏名。這時，在程序中出現(xiàn)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，這稱為宏替換，替換后才進行編譯，宏替換是簡單的替換。

1.2 宏替換發(fā)生的時機

為了能夠真正理解#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(fā)環(huán)境如Turbo C中將編寫好的源程序進行編譯時，實際經(jīng)過了預處理、編譯、匯編和連接幾個過程。其中預處理器產(chǎn)生編譯器的輸出，它實現(xiàn)以下的功能：

(1)文件包含

可以把源程序中的#include 擴展為文件正文，即把包含的.h文件找到并展開到#include 所在處。

(2)條件編譯

預處理器根據(jù)#if和#ifdef等編譯命令及其后的條件，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(zhuǎn)換成空行。

(3)宏展開

預處理器將源程序文件中出現(xiàn)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(jīng)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，這樣才不會對此命令引起誤解并誤用。

二　#define使用中的常見問題解析

2.1 簡單宏定義使用中出現(xiàn)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為一個表達式時，容易引起誤解和誤用。如下例：

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

(1) 出現(xiàn)問題：

在此程序中存在著宏定義命令，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(chǎn)生的問題是先求解N為2＋2＝4，然后在程序中計算a時使用乘法，即NN=44=16,其實該題的結(jié)果為8，為什么結(jié)果有這么大的偏差?

(2) 問題解析：

如1節(jié)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，并不會有任何的計算發(fā)生，在展開時是在宏N出現(xiàn)的地方 只是簡單地使用串2＋2來代替N，并不會增添任何的符號，所以對該程序展開后的結(jié)果是a=2+2*2+2，計算后=8，這就是宏替換的實質(zhì)，如何寫程序才能完成結(jié)果為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(shù)的宏定義出現(xiàn)的問題

在帶參數(shù)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(shù)的平方，這就需要使用參數(shù)，以便在程序中用實際參數(shù)來替換宏定義中的參數(shù)。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(xiàn)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(shù)是2+2，所得的結(jié)果應該為44=16，但是錯了，因為該程序的實際結(jié)果為8，仍然是沒能遵循純粹的簡單替換的規(guī)則，又是先計算再替換 了，在這道程序里，2+2即為area宏中的參數(shù)，應該由它來替換宏定義中的x，即替換成2+22+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)，對于area(2+2)，替換為(2+2)(2+2)=16，可以解決，但是對于area(2+2)/area(2+2)又會怎么樣呢，有的學生一看到這道題馬上給出結(jié)果，因為分子分母一樣，又錯了，還是忘了遵循先替換再計算的規(guī)則了，這道題替換后會變?yōu)?(2+2)(2+2)/(2+2)(2+2)即44/44按照乘除運算規(guī)則，結(jié)果為16/44=44=16，那應該怎么呢？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，那么在讀別人的程序時，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，完全展開后再進行相應的計算，就不會寫錯運行結(jié)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(xiàn)出優(yōu)先級，如果是帶參數(shù)的宏定義，則要給宏體中的每個參數(shù)加上括號，并在整個宏體上再加一個括號。看到這里，不禁要問，用宏定義這么麻煩，這么容易出錯，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(jié)果：
j=9;i=5;k=49;i=7

三、#define的優(yōu)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(jīng)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(shù)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，那么需要確定一個數(shù)值，在本次運行中不改變，但也許后來發(fā)現(xiàn)程序所表現(xiàn)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(guān)數(shù)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(shù)值多次的情況，我們可以如此定義 #define pi 3.1415926，既減少了輸入又便于修改，何樂而不為呢？

2 提高程序的運行效率

使用帶參數(shù)的宏定義可完成函數(shù)調(diào)用的功能，又能減少系統(tǒng)開銷，提高運行效率。正如C語言中所講，函數(shù)的使用可以使程序更加模塊化，便于組織，而且可重復利用，但在發(fā)生函數(shù)調(diào)用時，需要保留調(diào)用函數(shù)的現(xiàn)場，以便子 函數(shù)執(zhí)行結(jié)束后能返回繼續(xù)執(zhí)行，同樣在子函數(shù)執(zhí)行完后要恢復調(diào)用函數(shù)的現(xiàn)場，這都需要一定的時間，如果子函數(shù)執(zhí)行的操作比較多，這種轉(zhuǎn)換時間開銷可以忽 略，但如果子函數(shù)完成的功能比較少，甚至于只完成一點操作，如一個乘法語句的操作，則這部分轉(zhuǎn)換開銷就相對較大了，但使用帶參數(shù)的宏定義就不會出現(xiàn)這個問 題，因為它是在預處理階段即進行了宏展開，在執(zhí)行時不需要轉(zhuǎn)換，即在當?shù)貓?zhí)行。宏定義可完成簡單的操作，但復雜的操作還是要由函數(shù)調(diào)用來完成，而且宏定義所占用的目標代碼空間相對較大。所以在使用時要依據(jù)具體情況來決定是否使用宏定義。

四、結(jié)語

本文對C語言中宏定義#define在使用時容易出現(xiàn)的問題進行了解析，并從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(yōu)點進行 了闡述。只要能夠理解宏展開的規(guī)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(xiàn)的宏名，這樣就可在正確使用的 基礎(chǔ)上充分享受使用宏定義帶來的方便和效率了

一、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表示什么？表示x連接y，舉例說：

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

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

char a = ToChar(1);結(jié)果就是a='1';

做個越界試驗char a = ToChar(123);結(jié)果就錯了;

但是如果你的參數(shù)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)最后看看#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";

二、常用的一些宏定義

1 防止一個頭文件被重復包含

#ifndef BODYDEF_H
#define BODYDEF_H
//頭文件內(nèi)容
#endif

2 得到指定地址上的一個字節(jié)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)體（struct type）中的偏移量。

4 得到一個結(jié)構(gòu)體中field所占用的字節(jié)數(shù)

#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(zhuǎn)換為大寫

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

7 判斷字符是不是10進值的數(shù)字

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

8 判斷字符是不是16進值的數(shù)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(shù)組元素的個數(shù)

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

11 使用一些宏跟蹤調(diào)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*/
__FUNCTION__