C —— 宏

我们在学习C语言时，很早就接触过了宏的概念，今天我们就对宏这一用法进行详细的梳理：

基本宏定义

符号常量

这种用法我们最熟悉，就是简单定义，然后放到代码段中去用：

#define PI 3.14159
#define MAX_SIZE 100
#define AUTHOR "John Doe"

这里我们就简单介绍一下，不做过多展开。

函数式宏

除了我们自己可以写函数之外，宏也可以定义函数：


这里给所有参数都带上括号，是为了保证运算顺序的正确性。如果不带括号，运算结果可能就会大相径庭：

#define FUCNTION(a,b)(a * b)

int main()
{
    printf("%d\n", FUCNTION(10 + 10,20 + 20));
}

但是如果我加上括号：

#define FUCNTION(a,b)((a) * (b))

int main()
{
    printf("%d\n", FUCNTION(10 + 10,20 + 20));
}

因为，宏不对本身做任何处理，它只会傻瓜式的展开，我们来看看两个函数展开之后长啥样子：

所以在编写宏时，如果运算顺序很重要，记得打上括号哦~。

宏的特殊用法

多行宏

使用反斜杠\可以定义多行宏：

# define SWAP(a,b,type){ \
    type temp = a; \
    a = b; \
    b = temp; \
}

int main()
{
    int x = 10;
    int y = 20;
    printf("%d %d\n", x, y);

    SWAP(x, y, int)
    printf("%d %d\n", x, y);
}

字符串化操作符

将宏参数转换为字符串：

#define STR(x) #x

int main()
{
    printf("%s\n", STR(123456));
}

连接操作符

将两个标记连接成一个：

#define CONCAT(a,b) a##b

int main()
{
    int xy = 10;
    printf("%d\n", CONCAT(x, y));
}

可变参数宏

接下来就是一些比较高级的用法了，在 C 语言中，可变参数宏（Variadic Macros）允许宏接受 可变数量的参数，类似于 printf() 这样的可变参数函数。它使用 … 和 VA_ARGS 来实现，是 C99 标准引入的特性。

基本语法

#define MACRO_NAME(fixed_args, ...) replacement_text __VA_ARGS__

... 表示可变参数部分。

__VA_ARGS__ 在宏展开时会被替换为传入的可变参数。

#define LOG(fmt,...) printf(fmt,__VA_ARGS__)

int main()
{
    LOG("Hello, %s! Your score is %d.\n", "Alice", 95);
}

省略可变参数（C99 和 GNU C 扩展）

如果可变参数可能为空，C99 要求至少有一个参数，但 GNU C 允许完全省略：

// C99 标准写法（必须至少有一个可变参数）
#define LOG(fmt, ...) printf(fmt, ##__VA_ARGS__)

// GNU C 扩展（允许完全省略可变参数）
#define LOG(fmt, ...) printf(fmt, ##__VA_ARGS__)

int main() {
    LOG("Hello, world!\n");  // ✅ GNU C 允许，C99 会报错
    return 0;
}

说明：

## 是 标记粘贴运算符，如果 __VA_ARGS__ 为空，它会删除前面的逗号，避免语法错误。

计算可变参数的个数（GNU C 扩展）**

#define COUNT_ARGS(...) sizeof((int[]){__VA_ARGS__}) / sizeof(int)

int main() {
    printf("Number of args: %zu\n", COUNT_ARGS(1, 2, 3, 4));  // 输出 4
    return 0;
}

注意：

• 这种方法仅适用于 相同类型的参数（如 int）。
• 不是标准 C，仅适用于 GCC/Clang。

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_Generic + 可变参数宏（C11）

结合 _Generic 实现类型安全的可变参数宏：

#include <stdio.h>

#define PRINT_TYPE(x) _Generic((x), \
    int: printf("%d\n", x), \
    float: printf("%f\n", x), \
    char*: printf("%s\n", x) \
)

#define PRINT_ALL(...) do { \
    int arr[] = {__VA_ARGS__}; \
    for (size_t i = 0; i < sizeof(arr)/sizeof(arr[0]); i++) { \
        PRINT_TYPE(arr[i]); \
    } \
} while(0)

int main() {
    PRINT_ALL(42, 3.14, "Hello");  // 需要更复杂的实现
    return 0;
}

说明：

• 这个例子只是示意，实际实现需要更复杂的宏技巧。

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可变参数宏的常见用途

1. 日志系统

   #define LOG_INFO(fmt, ...) fprintf(stderr, "[INFO] " fmt, ##__VA_ARGS__)
   

2. 调试输出

   #define DBG_PRINT(...) printf("[DEBUG] %s:%d: ", __FILE__, __LINE__); \
                         printf(__VA_ARGS__)
   

3. 泛型容器操作

   #define FOREACH(item, ...) \
       for (int keep = 1, count = 0; keep && count != sizeof((int[]){__VA_ARGS__})/sizeof(int); \
            keep = !keep, count++) \
           for (item = ((int[]){__VA_ARGS__})[count]; keep; keep = !keep)
   

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注意事项

1. 标准 C (C99) 要求至少一个可变参数，但 GNU C 允许零个。
2. 避免参数副作用（如 LOG("%d", i++) 可能导致多次求值）。
3. 调试困难，因为宏在预处理阶段展开，错误信息可能难以理解。
4. 可读性差，复杂的可变参数宏可能难以维护。

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总结

特性	说明
...	定义可变参数
__VA_ARGS__	引用可变参数
##__VA_ARGS__	允许省略可变参数（GNU C）
_Generic + 可变宏	类型安全可变参数（C11）
do-while(0)	包裹多语句宏

最佳实践：

• 优先使用 函数 替代复杂宏。
• 如果必须用宏，确保 可读性 和 安全性。
• 在跨平台代码中，避免依赖 GNU C 扩展（如 ##__VA_ARGS__）。

可变参数宏非常强大，但需要谨慎使用！

常用预定义宏

__LINE__      // 当前行号
__FILE__      // 当前文件名
__DATE__      // 编译日期
__TIME__      // 编译时间
__STDC__      // 如果编译器符合ANSI C标准则为1
__func__      // 当前函数名 (C99)

下面是对这些预定义宏的具体用法示例，每个宏都附带一个完整的代码示例和输出说明：

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1. __LINE__ - 当前行号

#include <stdio.h>

int main() {
    printf("This line is at: %d\n", __LINE__);  // 输出当前行号
    printf("Now we're at line: %d\n", __LINE__); // 行号+1
    return 0;
}

输出示例：

This line is at: 4
Now we're at line: 5

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2. __FILE__ - 当前文件名

#include <stdio.h>

int main() {
    printf("This code is in file: %s\n", __FILE__);
    return 0;
}

输出示例：

This code is in file: example.c

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3. __DATE__ - 编译日期（格式 “MMM DD YYYY”）

#include <stdio.h>

int main() {
    printf("This program was compiled on: %s\n", __DATE__);
    return 0;
}

输出示例：

This program was compiled on: Jun 15 2023

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4. __TIME__ - 编译时间（格式 “HH:MM:SS”）

#include <stdio.h>

int main() {
    printf("Compilation time: %s\n", __TIME__);
    return 0;
}

输出示例：

Compilation time: 14:30:45

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5. __STDC__ - 是否遵循 ANSI C 标准

#include <stdio.h>

int main() {
    #if __STDC__
        printf("This compiler is ANSI C compliant\n");
    #else
        printf("This compiler is NOT ANSI C compliant\n");
    #endif
    return 0;
}

典型输出（现代编译器）：

This compiler is ANSI C compliant

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6. __func__ - 当前函数名（C99）

#include <stdio.h>

void my_function() {
    printf("Current function: %s\n", __func__);
}

int main() {
    printf("Entering %s\n", __func__);
    my_function();
    return 0;
}

输出：

Entering main
Current function: my_function

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综合示例：调试日志宏

#include <stdio.h>

#define LOG(msg) printf("[%s] %s (Line %d in %s): %s\n", \
                      __TIME__, __func__, __LINE__, __FILE__, msg)

int main() {
    LOG("Program started");
    if (1) {
        LOG("Inside conditional block");
    }
    return 0;
}

输出示例：

[14:30:45] main (Line 7 in example.c): Program started
[14:30:45] main (Line 9 in example.c): Inside conditional block

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关键点总结

宏	作用	输出示例	标准支持
__LINE__	当前行号	42	C89
__FILE__	源文件名	"example.c"	C89
__DATE__	编译日期	"Jun 15 2023"	C89
__TIME__	编译时间	"14:30:45"	C89
__STDC__	ANSI C 合规	1	C89
__func__	函数名	"main"	C99

注意事项：

1. __func__ 是 C99 引入的，不是字符串字面量（不能直接拼接）
2. 所有带下划线的宏由编译器预定义，不可修改
3. 在调试和日志系统中特别有用

条件编译

C语言条件编译详解

条件编译是C语言预处理器提供的一项重要功能，它允许程序员在编译时根据不同的条件选择性地包含或排除代码段。条件编译在跨平台开发、调试代码、功能开关等场景中非常有用。

基本条件编译指令

1. #ifdef / #ifndef / #endif

#ifdef MACRO_NAME
    // 如果定义了MACRO_NAME，则编译这部分代码
#endif

#ifndef MACRO_NAME
    // 如果没有定义MACRO_NAME，则编译这部分代码
#endif

示例：

#define DEBUG  // 定义DEBUG宏

#ifdef DEBUG
    printf("Debug information\n");
#endif

#ifndef RELEASE
    printf("Not in release mode\n");
#endif

2. #if / #elif / #else / #endif

#if 表达式
    // 如果表达式为真，编译这部分代码
#elif 其他表达式
    // 如果前面的表达式为假且这个表达式为真，编译这部分代码
#else
    // 如果所有表达式都为假，编译这部分代码
#endif

示例：

#define VERSION 3

#if VERSION == 1
    printf("Version 1\n");
#elif VERSION == 2
    printf("Version 2\n");
#elif VERSION == 3
    printf("Version 3\n");
#else
    printf("Unknown version\n");
#endif

常见应用场景

1. 跨平台开发

#ifdef _WIN32
    // Windows平台专用代码
    #include <windows.h>
#elif __linux__
    // Linux平台专用代码
    #include <unistd.h>
#elif __APPLE__
    // macOS平台专用代码
    #include <TargetConditionals.h>
#endif

2. 调试代码

#define DEBUG_MODE 1

#if DEBUG_MODE
    #define DEBUG_PRINT(fmt, ...) printf("[DEBUG] " fmt, ##__VA_ARGS__)
#else
    #define DEBUG_PRINT(fmt, ...) // 定义为空，不产生任何代码
#endif

int main() {
    DEBUG_PRINT("This is debug info: %d\n", 42);
    return 0;
}

3. 功能开关

#define FEATURE_A_ENABLED 1
#define FEATURE_B_ENABLED 0

#if FEATURE_A_ENABLED
    void feature_a() {
        printf("Feature A is enabled\n");
    }
#endif

#if FEATURE_B_ENABLED
    void feature_b() {
        printf("Feature B is enabled\n");
    }
#endif

int main() {
    #if FEATURE_A_ENABLED
        feature_a();
    #endif
    
    #if FEATURE_B_ENABLED
        feature_b();
    #endif
    
    return 0;
}

预定义宏与条件编译

C语言提供了一些预定义宏，常用于条件编译：

#if __STDC_VERSION__ >= 201112L
    // C11或更高版本代码
#elif __STDC_VERSION__ >= 199901L
    // C99代码
#else
    // C89代码
#endif

实用技巧

1. 宏定义检查

#if defined(MACRO1) && !defined(MACRO2)
    // 如果定义了MACRO1且没有定义MACRO2
#endif

2. 防止头文件重复包含

// myheader.h
#ifndef MYHEADER_H
#define MYHEADER_H

// 头文件内容

#endif // MYHEADER_H

3. 编译器特定指令

#ifdef __GNUC__
    // GCC编译器特有代码
    #define likely(x)       __builtin_expect(!!(x), 1)
    #define unlikely(x)     __builtin_expect(!!(x), 0)
#else
    // 其他编译器
    #define likely(x)       (x)
    #define unlikely(x)     (x)
#endif

注意事项

1. 条件编译指令必须在函数体外使用
2. 表达式必须是常量表达式
3. 过度使用条件编译会使代码难以维护
4. 确保所有条件分支都有正确的#endif匹配

高级用法

1. 宏参数的条件编译

#define CONFIG(opt) (defined(CONFIG_##opt) && CONFIG_##opt)

#if CONFIG(DEBUG)
    printf("Debug mode enabled\n");
#endif

2. 静态断言（C11之前）

#define STATIC_ASSERT(expr, msg) \
    typedef char static_assertion_##msg[(expr) ? 1 : -1]

STATIC_ASSERT(sizeof(int) == 4, int_size_must_be_4_bytes);

条件编译是C语言中非常强大的功能，合理使用可以大大提高代码的灵活性和可移植性。