C++宏定义详解

一、#define的基本用法

#define是C语言中提供的宏定义命令，其主要目的是为程序员在编程时提供一定的方便，并能在一定程度上提高程序的运行效率，但学生在学习时往往不能 理解该命令的本质，总是在此处产生一些困惑，在编程时误用该命令，使得程序的运行与预期的目的不一致，或者在读别人写的程序时，把运行结果理解错误，这对 C语言的学习很不利。

1　#define命令剖析

1.1 #define的概念

#define命令是C语言中的一个宏定义命令，它用来将一个标识符定义为一个字符串，该标识符被称为宏名，被定义的字符串称为替换文本。

该命令有两种格式：一种是简单的宏定义，另一种是带参数的宏定义。

(1)简单的宏定义：

#define <宏名>　　<字符串>

例： #define PI 3.1415926

(2) 带参数的宏定义



#define <宏名> (<参数表>) <宏体>

例： #define A(x) x

一个标识符被宏定义后，该标识符便是一个宏名。这时，在程序中出现的是宏名，在该程序被编译前，先将宏名用被定义的字符串替换，这称为宏替换，替换后才进行编译，宏替换是简单的替换。

1.2 宏替换发生的时机

为了能够真正理解#define的作用，让我们来了解一下对C语言源程序的处理过程。当我们在一个集成的开发环境如Turbo C中将编写好的源程序进行编译时，实际经过了预处理、编译、汇编和连接几个过程。其中预处理器产生编译器的输出，它实现以下的功能：

（1）文件包含

可以把源程序中的#include 扩展为文件正文，即把包含的.h文件找到并展开到#include 所在处。

（2）条件编译

预处理器根据#if和#ifdef等编译命令及其后的条件，将源程序中的某部分包含进来或排除在外，通常把排除在外的语句转换成空行。

（3）宏展开

预处理器将源程序文件中出现的对宏的引用展开成相应的宏 定义，即本文所说的#define的功能，由预处理器来完成。

经过预处理器处理的源程序与之前的源程序有所有不同，在这个阶段所进行的工作只是纯粹的替换与展开，没有任何计算功能，所以在学习#define命令时只要能真正理解这一点，这样才不会对此命令引起误解并误用。

2　#define使用中的常见问题解析

2.1 简单宏定义使用中出现的问题

在简单宏定义的使用中，当替换文本所表示的字符串为一个表达式时，容易引起误解和误用。如下例：



例1 #define N 2+2

void main()

{

int a=N*N;

printf(“%d”,a);

}

(1) 出现问题：



在此程序中存在着宏定义命令，宏N代表的字符串是2+2，在程序中有对宏N的使用，一般同学在读该程序时，容易产生的问题是先求解N为2＋2＝4，然后在程序中计算a时使用乘法，即N*N=4*4=16,其实该题的结果为8，为什么结果有这么大的偏差?

(2) 问题解析：



如1节所述，宏展开是在预处理阶段完成的，这个阶段把替换文本只是看作一个字符串，并不会有任何的计算发生，在展开时是在宏N出现的地方 只是简单地使用串2＋2来代替N，并不会增添任何的符号，所以对该程序展开后的结果是a=2+2*2+2，计算后=8，这就是宏替换的实质，如何写程序才能完成结果为16的运算呢？

(3)解决办法：



/*将宏定义写成如下形式*/

#define N (2+2)

/*这样就可替换成(2+2)*(2+2)=16*/

2.2 带参数的宏定义出现的问题

在带参数的宏定义的使用中，极易引起误解。例如我们需要做个宏替换能求任何数的平方，这就需要使用参数，以便在程序中用实际参数来替换宏定义中的参数。一般学生容易写成如下形式：

#define area(x) x*x

/*这在使用中是很容易出现问题的，看如下的程序*/

void main()

{

int y = area(2+2);

printf(“%d”,y);

}

按理说给的参数是2+2，所得的结果应该为4*4=16，但是错了，因为该程序的实际结果为8，仍然是没能遵循纯粹的简单替换的规则，又是先计算再替换 了，在这道程序里，2+2即为area宏中的参数，应该由它来替换宏定义中的x，即替换成2+2*2+2=8了。那如果遵循(1)中的解决办法，把2+2 括起来，即把宏体中的x括起来，是否可以呢？#define area(x)
(x)*(x)，对于area(2+2)，替换为(2+2)*(2+2)=16，可以解决，但是对于area(2+2)/area(2+2)又会怎么样呢，有的学生一看到这道题马上给出结果，因为分子分母一样，又错了，还是忘了遵循先替换再计算的规则了，这道题替换后会变为 (2+2)*(2+2)/(2+2)*(2+2)即4*4/4*4按照乘除运算规则，结果为16/4*4=4*4=16，那应该怎么呢？解决方法是在整个宏体上再加一个括号，即#define
area(x) ((x)*(x))，不要觉得这没必要，没有它，是不行的。

要想能够真正使用好宏定义，那么在读别人的程序时，一定要记住先将程序中对宏的使用全部替换成它所代表的字符串，不要自作主张地添加任何其他符号，完全展开后再进行相应的计算，就不会写错运行结果。

如果是自己编程使用宏替换，则在使用简单宏定义时，当字符串中不只一个符号时，加上括号表现出优先级，如果是带参数的宏定义，则要给宏体中的每个参数加上括号，并在整个宏体上再加一个括号。看到这里，不禁要问，用宏定义这么麻烦，这么容易出错，可不可以摒弃它，
那让我们来看一下在C语言中用宏定义的好处吧。

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;

}

依次输出结果：

j=9;i=5;k=49;i=7

3 宏定义的优点

(1) 方便程序的修改

使用简单宏定义可用宏代替一个在程序中经常使用的常量，这样在将该常量改变时，不用对整个程序进行修改，只修改宏定义的字符串即可，而且当常量比较长时， 我们可以用较短的有意义的标识符来写程序，这样更方便一些。我们所说的常量改变不是在程序运行期间改变，而是在编程期间的修改，举一个大家比较熟悉的例子，圆周率π是在数学上常用的一个值，有时我们会用3.14来表示，有时也会用3.1415926等，这要看计算所需要的精度，如果我们编制的一个程序中 要多次使用它，那么需要确定一个数值，在本次运行中不改变，但也许后来发现程序所表现的精度有变化，需要改变它的值，
这就需要修改程序中所有的相关数值，这会给我们带来一定的不便，但如果使用宏定义，使用一个标识符来代替，则在修改时只修改宏定义即可，还可以减少输入 3.1415926这样长的数值多次的情况，我们可以如此定义 #define pi 3.1415926，既减少了输入又便于修改，何乐而不为呢？

(2) 提高程序的运行效率

使用带参数的宏定义可完成函数调用的功能，又能减少系统开销，提高运行效率。正如C语言中所讲，函数的使用可以使程序更加模块化，便于组织，而且可重复利用，但在发生函数调用时，需要保留调用函数的现场，以便子 函数执行结束后能返回继续执行，同样在子函数执行完后要恢复调用函数的现场，这都需要一定的时间，如果子函数执行的操作比较多，这种转换时间开销可以忽 略，但如果子函数完成的功能比较少，甚至于只完成一点操作，如一个乘法语句的操作，则这部分转换开销就相对较大了，但使用带参数的宏定义就不会出现这个问
题，因为它是在预处理阶段即进行了宏展开，在执行时不需要转换，即在当地执行。宏定义可完成简单的操作，但复杂的操作还是要由函数调用来完成，而且宏定义所占用的目标代码空间相对较大。所以在使用时要依据具体情况来决定是否使用宏定义。

4 结语

本文对C语言中宏定义#define在使用时容易出现的问题进行了解析，并从C源程序处理过程的角度对#define的处理进行了分析，也对它的优点进行 了阐述。只要能够理解宏展开的规则，掌握使用宏定义时，是在预处理阶段对源程序进行替换，只是用对应的字符串替换程序中出现的宏名，这样就可在正确使用的 基础上充分享受使用宏定义带来的方便和效率了

二、define中的三个特殊符号：#，##，#@

#define Conn(x,y) x##y

#define ToChar(x) #@x

#define ToString(x) #x

(1)x##y表示什么？表示x连接y，举例说：

int n = Conn(123,456); /*
结果就是n=123456;*/

char* str = Conn("asdf", "adf"); /*结果就是
str = "asdfadf";*/

（2）再来看#@x，其实就是给x加上单引号，结果返回是一个const
char。举例说：

char a = ToChar(1);结果就是a='1';

做个越界试验char a = ToChar(123);结果就错了;

但是如果你的参数超过四个字符，编译器就给给你报错了！

error C2015: too many characters in constant ：P

(3）最后看看#x,估计你也明白了，他是给x加双引号

char* str = ToString(123132);就成了str="123132";

三、常用的一些宏定义

1 防止一个头文件被重复包含

#ifndef BODYDEF_H

#define BODYDEF_H

//头文件内容

#endif



2 得到指定地址上的一个字节或字

#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 得到一个field在结构体(struct)中的偏移量



#define OFFSETOF( type, field ) ( (size_t) &(( type *) 0)-> field )

请参考文章：详解写宏定义：得到一个field在结构体（struct
type）中的偏移量。

4 得到一个结构体中field所占用的字节数

#define FSIZ( type, field ) sizeof( ((type *) 0)->field )

5 得到一个变量的地址（word宽度）

#define B_PTR( var ) ( (byte *) (void *) &(var) )

#define W_PTR( var ) ( (word *) (void *) &(var) )

6 将一个字母转换为大写

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

7 判断字符是不是10进值的数字

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

8 判断字符是不是16进值的数字

#define HEXCHK( c ) ( ((c) >= ''0'' && (c) <= ''9'') ||((c) >= ''A'' && (c) <= ''F'') ||((c) >= ''a'' && (c) <= ''f'') )

9 防止溢出的一个方法

#define INC_SAT( val ) (val = ((val)+1 > (val)) ? (val)+1 : (val))

10 返回数组元素的个数

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

11 使用一些宏跟踪调试

ANSI标准说明了五个预定义的宏名。它们是：

_LINE_ /*(两个下划线)，对应%d*/

_FILE_ /*对应%s*/

_DATE_ /*对应%s*/

_TIME_ /*对应%s*/

=========================================================================================

1、一些特殊的宏符号：

#define VARIABLE_A(x) iTemp##x //展开后相当于iTempx,##为连接符

#define VARIABLE_B(x) #@x //展开后相当于'x',x只允许是单独字符，#@是字符化符号，后面的内容是一个单独的字符

#define VARIABLE_C(x) #x //展开后相当于"x",x允许是多个字符，#是字符串化符号，后面的内容是字符串

如果一个宏定义很长，超出一行，可以在每行的后面使用续行符’/’。

2、预定义的宏

在C++标准中款规定了一些预定义的宏。也就是说，这些宏不需要开发者定义，而是由预编译器提供，开发者只要使用即可。

__FILE__:当前源代码文件名的字符串文字

__LINE__:当前源代码中的行号的整数常量

__DATE__:进行预处理的日期（“Mmm dd yyyy”形式的字符串文字）

__TIME__:源文件编译时间，格式微“hh：mm：ss”

__func__:当前所在函数名，在C++中为__FUNCTION__

注意：上述宏两侧都是两道下划线，而不是一道

3、宏指令

C/C++的宏指令都是在ANSI标准中的。以下是一些常见的宏指令：
①error

#error可以强迫编程程序停止编译，用来在编译期检查环境是否符合要求或者与约束的条件发生了冲突。其使用格式是:

#error token-string

当程序在编译过程中遇到这个关键字，就会停止编译，产生了一个错误信息，并且输出后面的token-string，例如：

#if !defined(__cplusplus)

#error C++ compiler required

#endif

上面这段代码的意思是在编译期检查当前是否是C++编程环境，如果不是，就定义#error，让编译器停止编译。
②#include

#include使编译程序将#include所指向的源文件导入进当前的源文件，被包含的文件必须被尖括号或者引号包围起来。

使用"#include”指令包含头文件时，其后的头文件有两种方式，一种是使用双引号，一种是使用尖括号。

如果文件名用尖括号括起来，表面这个文件是一个工程或者C++标准库头文件。预编译器会首先搜索在工程中预定义的目录，然后搜索C++编译器的安装目录。可以通过设置工程搜索路径环境变量或者命令行选项来修改。

如果文件名用一对引号括起来，则表面该文件是用户提供的头文件。预编译器首先从当前文件目录开始搜索，如果找不到，就从工程中定义的目录和编译器的安装目录查找。另外，也可以明确指定头文件的路径。例如包含c盘下的头文件Header.h

#include “c:/Header.h”

注意：由于#include指令不是C++语句，所以在头文件的字符串中，不必使用双斜杠来间隔每一级路径。
③#if,#else,#elif,#endif,#ifdef,#ifndef

#if,#else,#elif,#endif,#ifdef,#ifndef属于条件编译命令，可以对程序的各个部分有选择的进行编译。对于前面三个宏#if,#else,#elif,可以理解为if，else，和else if，#endif则表示这个条件编译选择的结束。

#ifdef判断后面的标识符是否被定义，通常都是指预定义的宏，#ifndef就是#ifdef的取反。

包含警卫：

所谓包含警卫就是用一组宏命令将头文件包起来，使其不会被重复包含。例如：

#ifndef ANIMAL_H

#define ANIMAL_H

……

#endif

#ifndef定义在头文件所有内容之前，#endif是定义在所有内容之后的，用预编译命令#ifndef和#endif将整个头文件内容包起来。这样头文件被不同文件包含时就不会有编译错误了。通常的习惯是在所有的头文件中都加入包含警卫。

关键字#prama once可以取到相同的作用（仍然有差别）。
④#undef

#undef命令用来取消前面定义过的宏名。