1. 函数宏介绍
函数宏是一种包含多条语句的宏定义,通常用于封装某个频繁调用的功能,以避免通过函数封装带来的额外的调用开销。
函数宏本质上是宏定义,可以直接进行定义,例如:
#define INT_SWAP(a,b) \
int tmp = a; \
a = b; \
b = tmp
然而,上述宏存在一个明显的缺点:当在 if
、while
等语句中直接调用宏时,并且没有使用花括号包裹,宏的作用范围仅限于第一个分号之后。也就是说,a = b
和 b = tmp
并不受控制语句的作用。
因此,在实际工程中,一般采用三种方式对函数宏进行封装,分别是使用花括号 {}
、do{...}while(0)
和 ({})
。接下来,我们将分析比较这三种方式的优缺点。
2. {} 方式
INT_SWAP
宏使用 {}
封装后形态如下:
#define INT_SWAP(a,b)\
{ \
int tmp = a; \
a = b; \
b = tmp; \
}
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:
#define INT_SWAP(a,b) \
{ \
int tmp = a; \
a = b; \
b = tmp; \
}
int main()
{
int var_a = 1;
int var_b = 2;
INT_SWAP(var_a, var_b);
printf("var_a = %d, var_b = %d\n", var_a, var_b); // var_a = 2, var_b = 1
if (1)
INT_SWAP(var_a, var_b);
printf("var_a = %d, var_b = %d\n", var_a, var_b); // var_a = 1, var_b = 2
}
但当无花括号的 if
语句存在其他分支(else if
、else
等)如:
if (1)
INT_SWAP(var_a, var_b);
else
printf("hello world!\n");
会发现编译出错:
...
/mnt/hgfs/share/pr_c/src/main.c: In function ‘main’:
/mnt/hgfs/share/pr_c/src/main.c:18:2: error: ‘else’ without a previous ‘if’
else
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:
/* port.1 */
if (1)
INT_SWAP(var_a, var_b)
else
{
printf("hello world!\n");
}
/* port.2 */
if (1)
{
INT_SWAP(var_a, var_b);
}
else
{
printf("hello world!\n");
}
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:
#define INT_SWAP(a,b) \
do{ \
int tmp = a; \
a = b; \
b = tmp; \
}while(0)
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:
#define INT_SWAP(a,b) \
do{ \
if (a break; \
int tmp = a; \
a = b; \
b = tmp; \
}while(0)
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:
#define INT_SWAP(a,b) \
do{ \
if (a break; \
int tmp = a; \
a = b; \
b = tmp; \
}while(0)
int main()
{
int var_a = 1;
int var_b = 2;
if (1)
INT_SWAP(var_a, var_b);
else
printf("hello world!\n");
printf("var_a = %d, var_b = %d\n", var_a, var_b); // var_a = 2, var_b = 1
return 0;
}
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:
if (1)
INT_SWAP(var_a, var_b)
else
{
printf("hello world!\n");
}
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:
#define INT_SWAP(a,b) \
({ \
int tmp = a; \
a = b; \
b = tmp; \
})
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:
#define INT_SWAP(a,b) \
({ \
int tmp = a; \
a = b; \
b = tmp; \
})
int main()
{
int var_a = 1;
int var_b = 2;
if (1)
INT_SWAP(var_a, var_b);
else
printf("hello world!\n");
printf("var_a = %d, var_b = %d\n", var_a, var_b); // var_a = 2, var_b = 1
return 0;
}
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:
int main()
{
int a = ({
10;
1000;
});
printf("a = %d\n", a); // a = 1000
}
因此,({})
可以为函数宏提供返回值。例如:
#define INT_SWAP(a,b) \
({ \
int ret = 0; \
if (a else \
{ \
int tmp = a; \
a = b; \
b = tmp; \
} \
ret; \
})
int main()
{
int var_a = 1;
int var_b = 2;
if (INT_SWAP(var_a, var_b) != -1)
printf("swap success !!\n"); // swap success !!
else
printf("swap fail !!\n");
printf("var_a = %d, var_b = %d\n", var_a, var_b); // var_a = 2, var_b = 1
return 0;
}
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。
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