C/C++：在#define中使用参数

在#define中使用参数

在#define中使用参数可以创建外形和作用与函数类似的类函数宏。带有
参数的宏看上去很像函数，因为这样的宏也使用圆括号。类函数宏定义的圆
括号中可以有一个或多个参数，随后这些参数出现在替换体中，如图所
示。

下面是一个类函数宏的示例：

#define SQUARE(X) X*X

在程序中可以这样用：

z = SQUARE(2);

这看上去像函数调用，但是它的行为和函数调用完全不同。程序示了类函数宏和另一个宏的用法。该示例中有一些陷阱，请仔细阅读。

/* mac_arg.c -- 带参数的宏 */
#include <stdio.h>
#define SQUARE(X) X*X
#define PR(X) printf("The result is %d.\n", X)
int main(void)
{
int x = 5;
int z;
printf("x = %d\n", x);
z = SQUARE(x);
printf("Evaluating SQUARE(x): ");
PR(z);
z = SQUARE(2);
printf("Evaluating SQUARE(2): ");
PR(z);
printf("Evaluating SQUARE(x+2): ");
PR(SQUARE(x + 2));
printf("Evaluating 100/SQUARE(2): ");
PR(100 / SQUARE(2));
printf("x is %d.\n", x);
printf("Evaluating SQUARE(++x): ");
PR(SQUARE(++x));
printf("After incrementing, x is %x.\n", x);
return 0;
}

这里，SQUARE 是宏标识符，SQUARE(X)中的 X 是宏参数，X * X 是替
换列表。程序清单 16.2 中出现SQUARE(X)的地方都会被X * X替换。这与前
面的示例不同，使用该宏时，既可以用X，也可以用其他符号。宏定义中的
X由宏调用中的符号代替。因此，SQUARE(2)替换为2 * 2，X实际上起到参数
的作用。
然而，稍后你将看到，宏参数与函数参数不完全相同。下面是程序的输
出。注意有些内容可能与我们的预期不符。实际上，你的编译器输出甚至与
下面的结果完全不同。

x = 5
Evaluating SQUARE(x): The result is 25.
Evaluating SQUARE(2): The result is 4.
Evaluating SQUARE(x+2): The result is 17.
Evaluating 100/SQUARE(2): The result is 100.
x is 5.
Evaluating SQUARE(++x): The result is 42.
After incrementing, x is 7.

前两行与预期相符，但是接下来的结果有点奇怪。程序中设置x的值为
5，你可能认为SQUARE(x+2)应该是 7 * 7，即 49。

但是，输出的结果是 17，这不是一个平方值！导致这样结果的原因是，我们前面提到过，预处理器不做计算、不求值，只替换字符序列。预处理器把出现x的地方都替换成x+2。因此，x * x变成了x+2*x+2。如果x为5，那么该表达式的值为：

5+2*5+2 = 5 + 10 + 2 = 17

该例演示了函数调用和宏调用的重要区别。函数调用在程序运行时把参
数的值传递给函数。宏调用在编译之前把参数记号传递给程序。这两个不同
的过程发生在不同时期。是否可以修改宏定义让SQUARE(x+2)得36？
当然可以，要多加几个圆括号：

#define SQUARE(x) (x)*(x)

现在SQUARE(x+2)变成了(x+2)*(x+2)，在替换字符串中使用圆括号就得
到符合预期的乘法运算。

但是，这并未解决所有的问题。下面的输出行：

100/SQUARE(2)

将变成：

100/2*2

根据优先级规则，从左往右对表达式求值：
(100/2)2，即502，得100。把SQUARE(x)定义为下面的形式可以解决这种混乱：

#define SQUARE(x) (x*x)

这样修改定义后得100/(2*2)，即100/4，得25。
要处理前面的两种情况，要这样定义：

#define SQUARE(x) ((x)*(x))

因此，必要时要使用足够多的圆括号来确保运算和结合的正确顺序。

尽管如此，这样做还是无法避免程序中最后一种情况的问题。
SQUARE(++x)变成了++x*++x，递增了两次x，一次在乘法运算之前，一次
在乘法运算之后：

++x*++x = 6*7 = 42

由于标准并未对这类运算规定顺序，所以有些编译器得 76。而有些编
译器可能在乘法运算之前已经递增了x，所以77得49。在C标准中，对该表
达式求值的这种情况称为未定义行为。无论哪种情况，x的开始值都是5，虽
然从代码上看只递增了一次，但是x的最终值是7。
解决这个问题最简单的方法是，避免用++x 作为宏参数。一般而言，不
要在宏中使用递增或递减运算符。但是，++x可作为函数参数，因为编译器
会对++x求值得5后，再把5传递给函数。

参考资料

《C Primer Plus》