06-在#define中使用参数

16.3　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16.2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。程序清单16.2演示了类函数宏和另一个宏的用法。该示例中有一些陷阱，请读者仔细阅读序。

程序清单16.2　 mac_arg.c 程序

/* 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;
}

SQUARE 宏的定义如下：

#define SQUARE(X) X*X

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 50 2 ，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 7 6 。而有些编译器可能在乘法运算之前已经递增了 x ，所以 7 7 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。