C语言函数宏的三种封装方式

ittbank 2024-07-10 17:41

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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：


#define INT_SWAP(a,b) \    int tmp = a;    \    a = b;          \    b = tmp

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：


#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 < 0 || b < 0) \        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。[付费]毕设项目资料包

例如：


#define INT_SWAP(a,b)  \do{                 \    if (a < 0 || b < 0) \        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 < 0 || b < 0) \    {     \        ret = -1;  \    }     \    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。

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

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