C++中巨集定義#define的用法

#define是C語言中提供的巨集定義命令，其主要目的是為程式設計師在程式設計時提供一定的方便，並能在一定程度上提高程式的執行效率，但大家在學習時往往不能理解該命令的本質，總是在此處產生一些困惑，在程式設計時誤用該命令，使得程式的執行與預期的目的不一致，或者在讀別人寫的程式時，把執行結果理解錯誤，這對 C語言的學習很不利。

一、#define命令剖析

(1) #define的概念

#define命令是C語言中的一個巨集定義命令，它用來將一個識別符號定義為一個字串，該識別符號被稱為巨集名，被定義的字串稱為替換文字。該命令有兩種格式：一種是簡單的巨集定義，另一種是帶引數的巨集定義：

(a) 簡單的巨集定義：

        #define <巨集名>  <字串>                     例： #define PI 3.1415926

(b) 帶引數的巨集定義

        #define <巨集名> ( <參數列>) <巨集體>      例： #define A(x) ((x)*(x))

一個識別符號被巨集定義後，該識別符號便是一個巨集名。這時，在程式中出現的是巨集名，在該程式被編譯前，先將巨集名用被定義的字串替換，這稱為巨集替換，替換後才進行編譯，巨集替換是簡單的替換。

(2) 巨集替換髮生的時機

為了能夠真正理解#define的作用，讓我們來了解一下對C語言源程式的處理過程。當我們在一個整合的開發環境如Turbo C中將編寫好的源程式進行編譯時，實際經過了預處理、編譯、彙編和連線幾個過程，見圖1：

                                                                                 圖1 C語言的編譯過程

其中前處理器產生編譯器的輸出，它實現以下的功能：

(i) 檔案包含

可以把源程式中的#include 擴充套件為檔案正文，即把包含的.h檔案找到並展開到#include 所在處。

(ii) 條件編譯

前處理器根據#if和#ifdef等編譯命令及其後的條件，將源程式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換成空行。

(iii) 巨集展開

前處理器將源程式檔案中出現的對巨集的引用展開成相應的巨集 定義，即本文所說的#define的功能，由前處理器來完成。

經過前處理器處理的源程式與之前的源程式有所有不同，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並誤用。

二、#define使用中的常見問題解析

(1)  簡單巨集定義使用中出現的問題

在簡單巨集定義的使用中，當替換文字所表示的字串為一個表示式時，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);
}

(a) 出現問題：在此程式中存在著巨集定義命令，巨集N代表的字串是2+2，在程式中有對巨集N的使用，一般同學在讀該程式時，容易產生的問題是先求解N為 2＋2＝4，然後在程式中計算a時使用乘法，即N*N=4*4=16,其實該題的結果為8，為什麼結果有這麼大的偏差?

(b)問題解析：如1節所述，巨集展開是在預處理階段完成的，這個階段把替換文字只是看作一個字串，並不會有任何的計算髮生，在展開時是在巨集N出現的地方 只是簡單地使用串2＋2來代替N，並不會增添任何的符號，所以對該程式展開後的結果是a=2+2*2+2，計算後=8，這就是巨集替換的實質，如何寫程式才 能完成結果為16的運算呢？

(c)解決辦法：將巨集定義寫成如下形式: #define N (2+2) 這樣就可替換成(2+2)*(2+2)=16.

(2)  帶引數的巨集定義出現的問題

在帶引數的巨集定義的使用中，極易引起誤解。例如我們需要做個巨集替換能求任何數的平方，這就需要使用引數，以便在程式中用實際引數來替換巨集定義中的引數。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問題的，看如下的程式:

void main()
{
    int y=area(2+2);
    printf(“%d”,y);
}

按理說給的引數是2+2，所得的結果應該為4*4=16，但是錯了，因為該程式的實際結果為8，仍然是沒能遵循純粹的簡單替換的規則，又是先計算再替換 了，在這道程式裡，2+2即為area巨集中的引數，應該由它來替換巨集定義中的x，即替換成2+2*2+2=8了。那如果遵循(1)中的解決辦法，把2+2 括起來，即把巨集體中的x括起來，是否可以呢？#define area(x) (x)*(x)，對於area(2+2)，替換為(2+2)*(2+2)=16，可以解決，但是對於area(2+2)/area(2+2)又會怎麼樣 呢，有的人一看到這道題馬上給出結果，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則了，這道題替換後會變為 (2+2)*(2+2)/(2+2)*(2+2)即4*4/4*4按照乘除運算規則，結果為16/4*4=4*4=16，那應該怎麼呢？解決方法是在整個 巨集體上再加一個括號，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巨集定義，那麼在讀別人的程式時，一定要記住先將程式中對巨集的使用全部替換成它所代表的字串，不要自作主張地新增任何其他符號，完全展 開後再進行相應的計算，就不會寫錯執行結果。如果是自己程式設計使用巨集替換，則在使用簡單巨集定義時，當字串中不只一個符號時，加上括號表現出優先順序，如果是 帶引數的巨集定義，則要給巨集體中的每個引數加上括號，並在整個巨集體上再加一個括號。看到這裡，不禁要問，用巨集定義這麼麻煩，這麼容易出錯，可不可以摒棄它， 那讓我們來看一下在C語言中用巨集定義的好處吧。

三、#define的優點

(1) 方便程式的修改

使用簡單巨集定義可用巨集代替一個在程式中經常使用的常量，這樣在將該常量改變時，不用對整個程式進行修改，只修改巨集定義的字串即可，而且當常量比較長時， 我們可以用較短的有意義的識別符號來寫程式，這樣更方便一些。我們所說的常量改變不是在程式執行期間改變，而是在程式設計期間的修改，舉一個大家比較熟悉的例 子，圓周率π是在數學上常用的一個值，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式中 要多次使用它，那麼需要確定一個數值，在本次執行中不改變，但也許後來發現程式所表現的精度有變化，需要改變它的值， 這就需要修改程式中所有的相關數值，這會給我們帶來一定的不便，但如果使用巨集定義，使用一個識別符號來代替，則在修改時只修改巨集定義即可，還可以減少輸入 3.1415926這樣長的數值多次的情況，我們可以如此定義 #define pi 3.1415926，既減少了輸入又便於修改，何樂而不為呢？

(2) 提高程式的執行效率

使用帶引數的巨集定義可完成函式呼叫的功能，又能減少系統開 銷，提高執行效率。正如C語言中所講，函式的使用可以使程式更加模組化，便於組織，而且可重複利用，但在發生函式呼叫時，需要保留呼叫函式的現場，以便子函式執行結束後能返回繼續執行，同樣在子函式執行完後要恢復呼叫函式的現場，這都需要一定的時間，如果子函式執行的操作比較多，這種轉換時間開銷可以忽 略，但如果子函式完成的功能比較少，甚至於只完成一點操作，如一個乘法語句的操作，則這部分轉換開銷就相對較大了，但使用帶引數的巨集定義就不會出現這個問題，因為它是在預處理階段即進行了巨集展開，在執行時不需要轉換，即在當地執行。巨集定義可完成簡單的操作，但複雜的操作還是要由函式呼叫來完成，而且巨集定義所佔用的目的碼空間相對較大。所以在使用時要依據具體情況來決定是否使用巨集定義。

 

附幾個特殊的#define用法

#define Conn(x,y) x##y           表示連線字串

#define ToChar(x) #@x            表示加上單引號

#define ToString(x) #x             表示加上雙引號

#define xxx() {}

標準C支援的

#define xxx() ({})

GCC新增的功能，主要為了防止巨集展開出現問題，預設展開時是要加上一個;的，容易出問題。

#define A(a,b,c) ({a=1;b+=1;c=3;a+b+c;})
#include <stdio.h>
int main()
{
    int a;
    int b=1;
    int c;
    int d;
    d=A(a,b,c);
    printf("%d,%d,%d,%d\n",a,b,c,d);
    return 0;
}

該巨集函式還有返回值，最後一個式子的返回值作為巨集函式的返回值。 執行結果： 1,2,3,6