C++ #define用法详解

C++ 提供了很多预处理指令，本节要讲的 #define 就是其中之一，它的功能是定义宏。

所谓宏，是程序中定义的用于替换复杂文本的简短文本。在程序的预编译期，预处理器会解析源代码文本，执行一个替换源程序的动作，把宏引用的地方替换成定义处的文本。这个动作叫做宏的展开。

下面是 #define 定义宏的一般格式：

#define 宏名 要替换的文本

宏名，即宏的名称，在源代码中替换其后的文本；可替换的文本，也就是宏所指代的文本内容。#define、宏名和可替换文本之间用空格（或制表符）分隔。

预处理器会将 #define 之后的第一个和第二个空格之间的文本作为宏名，其后所有的文本作为“可替换文本”，而不管中间有多少个空格。例如：

#define H 1 + 2 + 3 + 4

其中，H 是宏名，后面是1 + 2 + 3 + 4是 H 要替换的文本内容。

举个简单的例子：

#include <iostream>
#define AGE 30
#define NAME "John"

int main() {
    const char* name = NAME;
    int age = AGE;
    std::cout << name << " " << age << std::endl;
    return 0;
}

程序在编译之前，预处理器会将程序中所有的 NAME 替换为 "John"，将程序中所有的 AGE 替换成 30。

因此，程序的执行结果为：

John 30

注意，如果要替换的文本一行写不完，可以分成多行，在每一行的结尾处加上续行符号“\”（除了最后一行）即可，例如：

#include <iostream>

#define MESSAGE \
    std::cout << "C语言中文网"<< std::endl; \
    std::cout << "url:http://c.biancheng.net" << std::endl;

int main() {
    MESSAGE
    return 0;
}

执行结果为：

C语言中文网
url:http://c.biancheng.net

带参数的宏

前面给大家讲解的是简单的宏定义，只能进行简单的文字替换，扩展能力有限。如果宏能够像函数那样带有参数，并根据参数的不同自动展开成不同的文本，则宏的扩展能力将大大提高。

在 C++ 标准中，是可以利用预处理命令 #define 定义带参数的宏的，语法格式如下：

#define 宏名(参数1, 参数2, ..., 参数 n) 要替换的文本

注意，定义带参数的宏，宏名和左括号之间不能有空格。

可替换的文本中可以引用括号中的参数，传递不同的参数，宏展开后得到的文本也不一样。例如，定义一个比较两数大小的宏。

#include <iostream>

#define LESS(a,b) (a>b?b:a)
int main() {
    std::cout << LESS(3, 5) << std::endl; // 输出 3 和 5 中的较小值
    std::cout << LESS(10, 8) << std::endl; // 输出 10 和 8 中的较小值
    return 0;
}

执行结果为：

3
8

注意，程序中 LESS(a,b) 要替换的文本a>b?b:a必须括起来，否则预处理器将程序中的宏展开后，程序中的输出语句就变成了：

std::cout << 3>5?5:3 << std::endl;
std::cout << 10>8?8:10 << std::endl;

代码中 <<、>、?、: 各种符号杂糅在一起，编译器无法正确识别条件运算符，导致程序编译失败。

带参数的宏和函数的区别

带参数的宏在定义和使用方面和函数非常相似，都可以接受参数，并且可以根据不同的参数产生不同的结果。但是这两者毕竟是不同的东西，存在很大的差异。包括：

• 程序运行时，函数依然存在，但宏只存在于预编译期，程序运行时就不存在了；
• 无论调用多少次，函数的代码只占用一份内存空间，而宏会重复占用多份内存；
• 函数调用时有时间和空间方面的额外开销，但宏没有；
• 函数接受参数的传递，但宏只是对参数的简单替换；
• 函数的参数有类型信息，但宏的参数没有类型信息；
• 函数可以调试，宏不能调试。

使用宏的注意事项

宏的行为有时候和所认知的行为会有些不同，主要原因是通常认为宏作为语句块，会优先执行，但这是不对的，宏并没有那么“聪明”，或者可以说预处理器没有那么“聪明”，它所做的只是傻瓜式地将宏展开。

分析下面的程序：

#include <iostream>
#define ADD(x,y) x+y
int main() {
    std::cout << 5* ADD(3,4) << std::endl;
    return 0;
}

如果凭借第一印象，很可能会做这样的计算：5×(3+4)=35。但是，预处理器并不这么认为，而会做这样的解释：5×3+4=19。

程序的执行结果为：

19

所以读者写宏的时候一定要小心，预防宏的行为不符合预期。

上面例子中，如果想让结果输出 35 也很简单，只要给宏加上括号即可：

#include <iostream>
#define ADD(x,y) (x+y)
int main() {
    std::cout << 5* ADD(3,4) << std::endl;
    return 0;
}

特殊的宏符号

在宏的替换文本中，可以使用一些特殊的符号，起到特定的解释作用，常见的符号有：

• ##：用于连接两个标记。
• #：用于字符串化一个宏参数。

观察下面的程序：

#include <iostream>

#define CONCATENATE(a, b) a ## b
#define TO_STRING(x) #x
#define PRINT_EXPR(expr) std::cout << #expr << " = " << expr << std::endl

int main() {
    // 使用##操作符将两个整数连接在一起
    int xy = CONCATENATE(1, 2);  // 实际上就是int xy = 12;
    std::cout << "xy = " << xy << std::endl;

    // 使用#操作符将标记转换为字符串
    const char* str = TO_STRING(Hello World);  // 实际上就是const char* str = "Hello World";
    std::cout << "str = " << str << std::endl;

    // 综合使用
    int a = 5, b = 10;
    PRINT_EXPR(a + b);  // 输出 "a + b = 15"
   
    return 0;
}

执行结果为：

xy = 12
str = Hello World
a + b = 15