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【C 语言】函数宏封装浅析

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发表于 2023-9-13 22:35:03 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
【C 语言】函数宏封装浅析


1. 函数宏介绍

函数宏,即包含多条语句的宏定义,其通常为某一被频繁调用的功能的语句封装,且不想通过函数方式封装来降低额外的弹栈压栈开销。

函数宏本质上为宏,可以直接进行定义,例如:

  1. #define INT_SWAP(a,b) \
  2.     int tmp = a;    \
  3.     a = b;          \
  4.     b = tmp
复制代码

但上述的宏具有一个明显的缺点:当遇到 if、while 等语句且不使用花括号仅调用宏时,实际作用范围在宏的第一个分号后便结束。即 a = b 和 b = tmp 均不受控制语句所作用。

因此,在工程中,一般使用三种方式来对函数宏进行封装,分别为 {}、do{...}while(0) 和 ({})。下文将一一对三种方式进行分析,比较各自的优劣点。


2. {} 方式


INT_SWAP 宏使用 {} 封装后形态如下:

  1. #define INT_SWAP(a,b)\
  2. {                   \
  3.     int tmp = a;    \
  4.     a = b;          \
  5.     b = tmp;        \
  6. }
复制代码

此时,直接调用与在无花括号的控制语句(如 if、while)中调用均能正常运行,例如:

  1. #define INT_SWAP(a,b) \
  2. {                   \
  3.     int tmp = a;    \
  4.     a = b;          \
  5.     b = tmp;        \
  6. }

  7. int main()
  8. {
  9. int var_a = 1;
  10. int var_b = 2;

  11. INT_SWAP(var_a, var_b);
  12. printf("var_a = %d, var_b = %d\n", var_a, var_b);   // var_a = 2, var_b = 1

  13. if (1)
  14.     INT_SWAP(var_a, var_b);
  15. printf("var_a = %d, var_b = %d\n", var_a, var_b);   // var_a = 1, var_b = 2
  16. }
复制代码

但当无花括号的 if 语句存在其他分支(else if、else 等)如:

  1. if (1)
  2.    INT_SWAP(var_a, var_b);
  3. else
  4. printf("hello world!\n");
复制代码

会发现编译出错:

  1. ...
  2. /mnt/hgfs/share/pr_c/src/main.c: In function ‘main’:
  3. /mnt/hgfs/share/pr_c/src/main.c:18:2: error: ‘else’ without a previous ‘if’
  4.   else
复制代码

这是因为 INT_SWAP(var_a, var_b); 最后的 ; 已经把 if 的作用域终结了,后续的 else 当然没有找到与之匹配的 if 了。

因此,解决方法有两种,分别为不使用 ;(port.1)或规定必须使用带花括号的 if(port.2),例如:

  1. /* port.1 */
  2. if (1)
  3.    INT_SWAP(var_a, var_b)
  4. else
  5. {
  6.     printf("hello world!\n");
  7. }

  8. /* port.2 */
  9. if (1)
  10. {
  11.    INT_SWAP(var_a, var_b);
  12. }
  13. else
  14. {
  15.     printf("hello world!\n");
  16. }
复制代码

可见,不使用 ; 的调用方式无论从程序阅读还是使用方法方面都是十分别扭的;而规定必须使用带花括号的 if 的调用方式有违常理的,因为宏函数应该适用于任何语法。

优缺点总结:

  • 优点:简单粗暴。
  • 缺点:不能在无花括号且有分支的 if 语句中直接调用;能够不带 ; 直接调用。

3. do{...}while(0) 方式


INT_SWAP 宏使用 do{...}while(0) 封装后形态如下:

  1. #define INT_SWAP(a,b)   \
  2. do{                     \
  3.     int tmp = a;        \
  4.     a = b;              \
  5.     b = tmp;            \
  6. }while(0)
复制代码

do{...}while(0) 表示只执行一遍 {} 内的语句,表象来说与 {} 的功能是一致的。不同的是,do{...}while(0) 可以提前退出函数宏、整合为一条语句与强制调用时必须使用 ;。

由于 do{...}while(0) 实际为 while 循环,因此可以使用关键字 break 提前结束循环。利用该特性,可以为函数宏添加参数检测。例如:

  1. #define INT_SWAP(a,b)  \
  2. do{                 \
  3. if (a < 0 || b < 0) \
  4.   break;   \
  5.     int tmp = a;     \
  6.     a = b;           \
  7.     b = tmp;         \
  8. }while(0)
复制代码

由于 do{...}while(0); 实际为一种语法,编译器会把 do{...}while(0); 认为为一条语句。因此,do{...}while(0) 方式的函数宏可以在无花括号且有分支的 if 语句中直接调用。例如:

  1. #define INT_SWAP(a,b)  \
  2. do{                 \
  3. if (a < 0 || b < 0) \
  4.   break;   \
  5.     int tmp = a;     \
  6.     a = b;           \
  7.     b = tmp;         \
  8. }while(0)

  9. int main()
  10. {
  11. int var_a = 1;
  12. int var_b = 2;

  13. if (1)
  14.     INT_SWAP(var_a, var_b);
  15. else
  16.   printf("hello world!\n");
  17. printf("var_a = %d, var_b = %d\n", var_a, var_b); // var_a = 2, var_b = 1

  18. return 0;
  19. }
复制代码

C 语言规定,do{...}while(0) 语法必须使用 ; 作为语句结尾。因此不可能存在以下语句的程序出现:

  1. if (1)
  2.    INT_SWAP(var_a, var_b)
  3. else
  4. {
  5. printf("hello world!\n");
  6. }
复制代码

优缺点总结:

  • 优点:支持在无花括号且有分支的 if 语句中直接调用;支持提前退出函数宏;强制调用时必须使用 ;。
  • 缺点:无返回值,不能作为表达式的右值使用。

4. ({}) 方式


({}) 为 GNU C 扩展的语法,非 C 语言的原生语法。

INT_SWAP 宏使用 ({}) 封装后形态如下:

  1. #define INT_SWAP(a,b)   \
  2. ({                      \
  3.     int tmp = a;        \
  4.     a = b;              \
  5.     b = tmp;            \
  6. })
复制代码

与 do{...}while(0) 相同,({}) 支持在无花括号且有分支的 if 语句中直接调用。例如:

  1. #define INT_SWAP(a,b)  \
  2. ({                 \
  3. int tmp = a;    \
  4. a = b;          \
  5. b = tmp;        \
  6. })

  7. int main()
  8. {
  9. int var_a = 1;
  10. int var_b = 2;

  11. if (1)
  12.     INT_SWAP(var_a, var_b);
  13. else
  14.   printf("hello world!\n");
  15. printf("var_a = %d, var_b = %d\n", var_a, var_b); // var_a = 2, var_b = 1

  16. return 0;
  17. }
复制代码

与 do{...}while(0) 不同的是,({}) 不能提前退出函数宏与支持返回值。({}) 毕竟不是 while 循环,不能直接使用 break退出函数宏是比较容易理解。那支持返回值是什么意思呢?

答案是 C 语言规定 ({}) 中的最后一条语句的结果为该双括号体的返回值。例如:

  1. int main()
  2. {
  3. int a = ({
  4.   10;
  5.   1000;
  6. });
  7. printf("a = %d\n", a);      // a = 1000
  8. }
复制代码

因此,({}) 可以为函数宏提供返回值。例如:

  1. #define INT_SWAP(a,b)  \
  2. ({                 \
  3. int ret = 0;  \
  4. if (a < 0 || b < 0) \
  5. {     \
  6.   ret = -1;  \
  7. }     \
  8. else    \
  9. {     \
  10.   int tmp = a;    \
  11.   a = b;          \
  12.   b = tmp;        \
  13. }     \
  14. ret;    \
  15. })

  16. int main()
  17. {
  18. int var_a = 1;
  19. int var_b = 2;

  20. if (INT_SWAP(var_a, var_b) != -1)
  21.   printf("swap success !!\n");     // swap success !!
  22. else
  23.   printf("swap fail !!\n");
  24. printf("var_a = %d, var_b = %d\n", var_a, var_b); // var_a = 2, var_b = 1

  25. return 0;
  26. }
复制代码

可见,此时的 INT_SWAP 宏已与函数十分接近。

优缺点总结:

  • 优点:支持在无花括号且有分支的 if 语句中直接调用;有返回值,支持作为表达式的右值。
  • 缺点:不支持提前退出函数宏;非 C 的原生语法,编译器可能不支持。

5. 总结


综上,在 {}、do{...}while(0) 和 ({}) 这三种函数宏的封装方式之中,应尽可能不使用 {},考虑兼容性一般选择使用 do{...}while(0),当需要函数宏返回时可以考虑使用 ({}) 或直接定义函数。


原文:https://blog.csdn.net/qq_35692077/article/details/102994959

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