C语言在宏定义中使用语句表达式和预处理器运算符
语句表达式的亮点在于定义复杂功能的宏。使用语句表达式来定义宏,不仅可以实现复杂的功能,而且还能避免宏定义带来的歧义和漏洞。下面以一个简单的最小值的宏为例子一步步说明。
1、灰常简单的么,使用条件运算符就能完成,不就是
#define MIN(x,y) x > y ? y : x
当然这是最基本的 C 语言语法,可以写一个测试程序,验证一下我们定义的宏的正确性
#include <stdio.h> #define MIN(x,y) x < y ? y : x int main(int argc, const char **argv)
{
printf("min = %d\r\n", MIN(,));
printf("min = %d\r\n", MIN(,));
printf("min = %d\r\n", MIN(,));
printf("min = %d\r\n", MIN(,+));
printf("min = %d\r\n", MIN(!=, !=)); return ;
}
当宏的参数是一个非简单的加减乘除的表达式时,发现实际运行结果为 min=1,和我们预想结果 min=0 不一样。这是因为,宏展开后(宏只做替换,不做运算),就变成了这个样子
printf("min = %d\r\n", != > != ? != : !=);
因为比较运算符 > 的优先级为6,大于 判断运算符!=(优先级为7),所以简单的宏替换的表达式展开后,运算顺序发生了改变,结果结果可想而知了。
2、通常为了避免这种展开错误,我们可以给宏的参数加一个小括号()来防止展开后,表达式的运算顺序发生变化。这样的宏才能算一个比较完善的宏:
#define MIN(x, y) (x) > (y) ? (y) : (x)
再一次进行测试,可以使用下面的代码测试:
#include <stdio.h> #define MIN(x, y) (x) > (y) ? (y) : (x) int main(int argc, const char **argv)
{
printf("min = %d\r\n", + MIN(,));
printf("min = %d\r\n", + MIN(!=,));
return ;
}
在程序中,我们打印表达式 3 + MIN(1, 2) 的值,预期结果应该是5,但实际运行结果却是2。我们展开后,发现同样有问题:
3 + (1) > (2) ? (2) : (1);
因为运算符 + 的优先级大于比较运算符 >,所以这个表达式就变为4>2?2:1,最后结果为2也就
释然了。
对于4 + (1!=2) > (2) ? (2) : (1!=2);
同样的道理,出现5>2?2:1,结果可想而知。
3、此时我们应该继续修改这个宏:
#define MIN(x, y) ((x) > (y) ? (y) : (x))
使用小括号将整个宏定义括起来,避免了当一个表达式同时含有宏定义和其它高优先级运算符时,破坏整个表达式的运算顺序。
那么现在的这个写法已经解决上面的两种写法带来的意外,在进行一下简单的测试。
#include <stdio.h> #define MIN(x, y) ((x) > (y) ? (y) : (x)) int main(void)
{
int i = ;
int j = ;
printf("min = %d\r\n", MIN(i++, j++));
return ;
}
实际运行结果发现 min = 3,而不是预期结果 min = 2。这是因为
((i++) > (j++)) ? (j++) : (i++);
在进行比较判断的时候i和j的值分别自加一次,然后在取结果的时候,i++又被执行了一次,所以,i的值变成了3。
4、基于上述的问题,可以使用语句表达式来定义这个宏。
注意:宏延续运算符(\)的概念
一个宏通常写在一个单行上。但是如果宏太长,一个单行容纳不下,则使用宏延续运算符(\)。
#define MIN(x, y) ({ \
int _x = x; \
int _y = y; \
_x > _y ? _y : _x;\
})
在语句表达式中定义两个临时变量,分别来暂储x和y的值,然后进行比较,这样就避免了两次自增、自减问题。
5、在上面这个宏定义的两个临时变量数据类型是 int 型。那对于其它类型的数据,就需要重新再定义一个宏,但是可以基于上面的宏继续修改,让它可以支持任意类型的数据比较大小:
#include <stdio.h> #define MIN(type, x, y) ({\
type _x = x;\
type _y = y;\
_x > _y ? _y : _x;\
}) int main(void)
{
int i = ;
int j = ;
printf("min = %d\r\n",MIN(int, i++, j++));
printf("min = %.2f\r\n",MIN(float, 3.14, 3.15)); return ;
}
在这个宏中,我们添加一个参数:type,用来指定临时变量 _x 和 _y 的类型。这样,我们在比较两个数的大小时,只要将2个数据的类型作为参数传给宏,就可以比较任意类型的数据了。
6、在内核中,尤其是在内核的宏定义中,被大量的使用。使用语句表达式定义宏,不仅可以实现复杂的功能,还可以避免宏定义带来的一些歧义和漏洞。比如在 Linux 内核中,max_t 和 min_t 的宏定义,就使用了语句表达式:
#define min_t(type, x, y) ({ \
type __min1 = (x); \
type __min2 = (y); \
__min1 < __min2 ? __min1 : __min2; }) #define max_t(type, x, y) ({ \
type __max1 = (x); \
type __max2 = (y); \
__max1 > __max2 ? __max1 : __max2; })
7、宏定义中字符串常量化运算符(#)
在宏定义中,当需要把一个宏的参数转换为字符串常量时,则使用字符串常量化运算符(#)。在宏中使用的该运算符有一个特定的参数或参数列表。例如:
#include <stdio.h> #define PRINT(a, b) \
printf(#a " and " #b "\n") int main(void)
{
PRINT(Dog abc, Cat);
return ;
}
8、宏定义中标记粘贴运算符(##)
宏定义内的标记粘贴运算符(##)会合并两个参数。它允许在宏定义中两个独立的标记被合并为一个标记。例如:
#include <stdio.h> #define tokenpaster(n) \
printf ("token" #n " = %d", token##n) int main(void)
{
int token12 = ; tokenpaster(); return ;
}
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