详解C语言中函数宏的三种封装方式

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。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。

作者:☆星轨★原文地址:https://blog.csdn.net/qq_35692077/article/details/102994959

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