C 語言常用的預處理指令之一丨宏定義

C 語言的源代碼到生成可運作的程式（.exe）檔案，需要經過四個階段，分别是：預處理、編譯、彙編以及連結。其中預處理階段會将源代碼檔案中所有的預處理指令、注釋資訊等内容進行處理。

什麼是預處理指令？

即以 # 開頭，加上相應的關鍵字，組合成特殊的指令。

例如最常用的檔案包括指令 #include。将外部的檔案引入到源代碼中，然後我們就可以在源代碼中使用外部檔案中的函數、全局變量等等。

下面聊一聊另一個用的比較多的預處理指令，宏定義指令。

1. 什麼是宏定義？

宏定義又稱為宏代換、宏替換，簡稱為宏。是 C 語言中最為常用的三種預處理指令之一。

宏定義指令，是由 # 和關鍵字 define 組合而成的。

它的作用是文本替換，使用辨別符來代替替換清單中的内容。使用宏定義可以提高程式的通用性、易讀性，減少因為輸入錯誤産生的各種問題，同時還便于修改。

例如：

#define PI 3.1415926
int r = PI * 3 * 3           

此處定義了一個宏，PI。我在源代碼中任意地方想要用到 3.141526 這個數值，就可以使用 PI 這個宏來替換。

當我需要圓周率後面更多位的數值，我隻需要在宏定義的地方進行數值修改即可，就不需要一個個去找，去改。

常見的宏定義分為兩種：無參宏定義和帶參宏定義。

2. 無參宏定義

定義格式：

#define 辨別符 替換清單           

替換清單裡面可以是數值常數、字元常數、字元串常數等，是以可以了解為使用辨別符來表示常量，是以也被叫作符号常量。

預處理指令不是語句，是以在預處理指令的末尾是無需加上分号的。如果加上分号，可能會獲得超出預期的結果。

#define N 5;
int arr[N];           

雖然預處理階段的宏定義沒問題，但在編譯階段是會産生錯誤的。

因為宏定義隻是文本替換，是以預處理的時候，會将所有的 N 替換成 5;，放到源代碼中 arr[5;] 這種寫法不符合 C 語言文法，是以就會産生報錯。

無參宏定義還可以替換表達式，但需要注意的是，表達式需要加上括号，否則就會出現邏輯上的錯誤。

例如：

#define N 3+1
int a = N * N; // 3+1*3+1=7, 不符合預期結果
// 正确方式
#define N (3+1)
int a = N * N ; // (3+1)*(3+1)=16           

3. 帶參宏定義

定義格式：

#define 辨別符(參數清單...) 替換清單           

此參數清單和函數中定義的參數清單很相似，有多個參數的時候，需要用逗号隔開。不一樣的是，宏定義中的參數是不需要聲明參數的資料類型。

例如：定義一個求兩個值哪個大的帶參宏定義。

#def MAX(a,b) ((a)>(b)?(a):(b))
int r = MAX(3, 2); // r = 2           

替換清單中的每個參數以及整個替換清單都需要用括号括起來，否則就可能會出現歧義。例如:

#define MUL(a,b) (a*b)
int r = MUL(3, 3+2);           

這裡我們希望的結果是 r = 15，但是實際結果卻是 3*3+2=11。這是因為宏定義隻是文本替換，将替換清單中的内容原封不動地取代宏名。

4. 删除宏定義指令

有時候先定義了宏，後面我又重新定義了和宏名一樣的變量，會發生什麼情況呢？

#define N 5
int N = 3;           

這裡編譯器會給變量 N 标出紅色波浪線，給出錯誤提示：應輸入辨別符。

因為宏定義了 N 為 5，那麼在編譯器中有出現的 N 的地方都會被替換成數字 5。是以這裡就變成 5=3，很顯然 5 不符合辨別符的規則，就會報錯。

那麼該怎麼解決這個問題呢？

C 語言中也提供一種預處理指令，#undef。

它的其中一個功能就是删除前面定義過的宏，解放辨別符。

#define N 5
#undef N
int N = 3;           

由此可以知道，宏定義的作用域是從定義開始，直到遇到 #undef 指令，或者程式運作完畢時才結束。​而在作用域中，就不能再使用宏定義中的辨別符。

5. 宏定義和函數的差別

​學到目前，已經知道了 C 語言當中帶參數的有兩個，分别是宏定義和函數。

那麼它們之間有什麼不同之處呢？

5.1 參數類型

前面有提到一點，函數如果有參數，則必須為每一個參數指明資料類型是什麼。而帶參的宏定義是不需要指明參數的資料類型，是以在使用的時候可以填入任何類型的資料。

​這是宏定義的優點，同樣也是缺點。沒有指明資料類型，就存在​類型安全隐患。是以在設計宏定義的時候，程式員必須確定宏調用參數的類型正确。

5.2 運作時間

​宏定義是屬于預處理指令，是以發生在預處理階段，也就是在源代碼編譯之前。

而函數是發生在程式運作期間的。

5.3 記憶體空間

宏定義隻是簡單的文本替換，把​替換清單中的内容取代辨別符的位置，替換完就會删除所有對應的辨別符。是以，宏定義的參數是不需要配置設定空間的。

函數每次調用的時候，系統都會給形式參數重新配置設定一塊記憶體空間用來存放。

5.4 執行速度

宏定義是文本替換，是不需要進行任何文法和邏輯檢查，是以速度會快一些。

函數在運作階段，參數需要經曆入棧記憶體，然後再出棧記憶體的操作，是以相對的速度就會慢一些。

5.5 代碼長度

如果宏定義中替換清單裡面的内容是非常的長，然而預處理結束後，​替換了辨別符後，代碼長度就會相應的變長。

​函數就不會影響代碼的長度。

一般建議，使用頻繁且代碼量小的功能可以使用宏定義。例如，比較兩個數值的大小，或是計算某個數值的平方、三次方等等。

最後

以上就是關于 C 語言預處理指令宏定義的内容，希望對大家有所幫助。

有發現文中存在錯謬之處，或者​不了解的地方，歡迎在評論區留言，一起交流學習一下。

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