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  • C++ 宏定义解析

    一、C++中宏的作用
    1、使用宏定义常量

    示例:#define MAXSIZE 200

    #include<stdio.h>
    #define M 20
    int main()
    {
        int a = M;
        int b = 20;
        /*
        编译后变成以下代码
        int a = 20;
        int b = 20;
        */
        printf("%d %d",a,b);
        return 0;
    }
    

      

    这里写图片描述
          宏定义不是C/C++严格意义上的语句,所以定义后不加分号,使用define后的标示符来代替常量,当我们需要在程序中多次使用200这个值,比如定义数组的长度等,并且可能在以后对该值做出修改时,使用宏定义,我们仅需要改变宏定义所表示的值即可,而不需要到程序中去寻找哪些地方使用了200。

    需要注意的是:在C++中 const也可以用来定义常量。那么const与宏定义的区别在哪儿呢?
    (1) const定义常量是需要指出类型,而宏定义则不必:

    define N 100

    const int MAXSIZE=200;//const定义;

    两种方法可以实现相同的功能,即用MAXSIZE来代替常量200;

    由于const在定义时需要指出类型,因此,编译器会对const定义的常量进行静态类型安全检查,

    而#define宏定义则是简单的替换,不会进行安全检查,并且可能会产生边界效应,带来想不到的后果。

    例如:

    #define N 100
    #define  M N+300

    如果在程序中使用M*N,则结果会是100+300*100;原因就在于定义M的时候是N+300而不是(M+300);

    宏定义只是做简单的替换。而const定义需要检查类型安全,
    如定义const float PI=3.141592653;
    而实际得到的值却是PI=3.141593;这是由float的数据的长度所决定的。

    (2)、当定义局部变量时,const所定义的变量的作用域,仅限于const定义所在的函数段;而使用宏定义#define,其作用域不仅限于定义所在的函数段,而是从定义点到整个程序的结束。

    (3)、const定义的常量在编译时会为该变量分配存储空间,而宏定义是在预编译时编译,不分配存储空间;(对于C语言,编译器会为const常量分配存储空间,但对于C++,有些书上说编译器不会为const常量分配存储空间,而只是将其放在符号表中,还有的说对于基本类型,不分配存储空间ADT等较大的对象要分配存储空间)有些集成化的工具可以对const进行调试,但却不能对宏定义进行调试(具体用什么工具,怎么调试我就不太清楚了)。
    2、防止多重包含
      预处理器变量:在编写头文件时,我们需要引入一些额外的预处理设置,预处理器允许我们自定义变量。预处理器变量的名字在程序中必须是唯一的。任何与预处理器变量相匹配的名字的使用都关联到该预处理器变量,而避免冲突,预处理器变量一般使用大写的英文字符表示。预处理器变量有两种状态:
    已定义和未定义。#define接收一个标识符,并定义该标识符为预处理器变量。

    ifndef检测指定的预处理器变量是否定义,如果未定义,则执行跟在其后的所有指令,

    直到出现#endif。
    在头文件的开头加上 如下代码

    #ifndef  _HEAD_H_ //如果没有定义_HEAD_H_
    
    #define _HEAD_H_//定义_HEAD_H_
    

      

            然后在头文件的结束出加上#endif就可以避免该头文件被多次引用。
    需要注意的是,防止头文件被重引用,还可以使用#pragma once来解决。使用#pragma once 后,在编译时,编译器只对该文件编译一次;与宏定义相比,#pragma once具有更快的速度和更高的效率,但是需要指出的是:

    pragma并不是所有的编译器都支持,可移植性较差。

    3、条件编译
          C语言中,预处理过程读入源代码,检查包含预处理指令的语句和宏定义,并对源代码进行相应的转换,预处理过程还会删除程序中的注释和多余的空白符号。预处理指令是以#开头的代码行,#必须是该行除了空白字符外的第一个字符。#后是指令关键字,在#和指令关键字之间允许存在若干空白字符。

    使用宏进行条件编译的用法与使用宏防止多重引用类似。示例如下:

    ifdef _DEBUG//如果定义了_DEBUG,则执行#ifdef _DEBUG与#else之间的指令;

    cout<<”debug”<

    else//否则,执行#else与#endif之间的指令。

    cout<<”release”<

    endif

            使用条件编译,方便程序员在调试程序的过程中,执行一些在程序发布后并不需要执行的指令。只要在需要调试的代码前加上_DEBUG的定义,就可以在调试程序的过程中输出调试信息。这样方便我们查看程序在运行过程中有没有出现错误,定位错误出现的地方。而在程序发布之前,取消_DEBUG的定义就可以不再执行调试代码。
    4、宏函数
            函数的调用是需要一定的时间和空间代价的。因为系统在调用函数时,需要保留”现场”,即将程序要执行的指令的下一条指令的位置压入栈,然后转入调用函数去执行,调用完函数后再返回主调函数,恢复”现场”,返回到栈里保存的的下一条指令的位置继续执行。所以函数的调用需要额外的时间和空间代价。

          而宏函数则不存在上述问题,宏函数在预编译时,同函数定义的代码来替换函数名,将函数代码段嵌入到当前程序,不会产生函数调用,所以会省去普通函数保留现场恢复现场的时间,但因为要将定义的函数体嵌入到当前程序,所以不可避免的会占用额外的存储空间。在频繁调用同一个宏的时候,该现象尤其明显。

    宏函数的示例定义如下:

    define MAX(a,b) ((a)<(b)?(b):(a))

      宏函数的优点在于避免函数调用,提高程序效率。

          同时需要注意的是inline标识符。inline也将函数定义为内联的。但是使用内联函数需要注意的是:函数体必须十分简单,不能含有循环、条件、选择等复杂结构,否则就不能作为内联函数了。事实上,有时候即便你没有将函数指定为内联函数,编译器也会将一些简单的函数作为内联函数处理,而对于一些复杂的函数,即使声明为内联函数,编译器也不会理会的。inline函数的瓶颈就在于此,使用inline标识符将函数声明为内联的,但这只是一种提示,到底编译器有没有优化还依赖于编译器的实现,而使用宏函数则完全由代码本身控制。但在使用宏函数的时候,需要明确的是宏函数只是简单的替换,需要注意括号的使用。
    5、宏组合 #和##
      先上一段代码:

    #include "stdio.h"  
    #include<iostream>  
    
    using namespace std;  
    
    #define s5(a)    Connect_##a  
    #define s(p)   #p  
    
    void Connect_Test(const char* p)  
    {  
        cout << "this is Connect Test:" << endl;  
        cout << p << endl;  
    }  
    
    int main()  
    {  
        s5(Test)("hello owrld");  
    
        cout << "******************************************************" << endl;  
        cout << s(p)<< endl;  
        return 0;  
    }  
    

      

      上述代码的输出结果如下:
      这里写图片描述
      由图中可以看出#的作用是将其后边的宏参数进行转化为字符串,即为其后的参数加上双引号。而##则是连接符号,用来连接两个宏。

      需要注意的是,当宏参数中有#或者##的地方,宏参数是不会被展开的。例如下边的代码:

    #include "stdio.h"  
    #include<iostream>  
    
    using namespace std;  
    
    
    #define A          (2)  
    #define STR(s)     #s  
    #define CONS(a,b)  int(a##e##b)  
    
    int main(int argc, _TCHAR* argv[])  
    {  
        cout << "........................................................" << endl;  
        cout << "int max: " << endl;  
        cout << STR(INT_MAX) << endl;  // INT_MAX   
        cout << "--------------------------------------------------------" << endl;  
        cout << STR(CON(a, b)) << endl;  
        return 0;  
    }  
    

      

     

      这段代码的输出为:
      这里写图片描述

      由上述结果可以看出:当宏参数中有#或者##的地方,宏参数是不会被展开的。
    二、C#中宏功能的代替
          对于使用宏定义常量,在C#中可以使用const 来定义常量,正如前边所说的,这必然会带来类型安全检查,以及分配内存,但没办法,C#中不支持宏操作。目前我所知道的就这个了,欢迎指出。
          至于条件编译,在C#中可以使用#if DEBUG …#else…#endif来进行条件编译,在VS中,右键单机项目->属性->生成 ,在条件编译符号下,勾选定义DEBUG常量,即可实现条件编译。

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