C語言的宏定義用起來有什么要注意的？為什么很多宏用do{}while(0)包圍？

山峰云繞 2019-07-15

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C語言中的 define 宏定義可以像函數(shù)那樣接收參數(shù)（這種宏定義常被稱作“函數(shù)式宏定義”），不過不能像函數(shù)那樣提供參數(shù)的類型檢查，這個特點在有些程序員看來是不安全的。

C語言中的“函數(shù)式宏定義”

但是，函數(shù)式宏定義不關(guān)心參數(shù)類型這個特點，有時候也會被利用起來，寫出一些適用性更廣的C語言代碼，例如：

上面這段C語言宏定義代碼實現(xiàn)了一個 max() 方法，它接收兩個參數(shù)，并返回較大的那個參數(shù)，max() 方法不關(guān)心參數(shù)的類型，因此 __a 和 __b 可以是 int 型的，也可以是 char 型或者 double 型以及其他數(shù)據(jù)類型的。

如果使用 max() 方法提供的功能以C語言函數(shù)的方式來寫，就稍顯麻煩些了，程序員不得不為每一種數(shù)據(jù)類型實現(xiàn)一個 max() 函數(shù)。更加糟糕的是，C語言并不支持函數(shù)的重載，因此 max() 這個函數(shù)名一旦被使用，其他函數(shù)就不能再使用了，因此相關(guān)的C語言代碼可能是下面這樣的：

這樣對比起來，顯然使用 define 宏來定義 max() 方法更加方便一些。不過，C語言中的宏定義不提供參數(shù)類型檢查的確也是一個缺點，它可能會導致程序的不安全，讀者不應忽視這一點。因此如果不是必須要使用 define 宏定義才能解決問題，應該盡可能的使用函數(shù)，若是希望能夠得到較高效率的代碼，可以使用 inline 函數(shù)。

關(guān)于 inline 函數(shù)，我之前的文章較為詳細的討論過。

使用C語言中宏定義的注意事項

C語言中的“函數(shù)式宏定義”雖然使用起來很像函數(shù)，但它實際上并不是函數(shù)，讀者千萬不能忽視這一點，不然可能會寫出具有隱患，甚至嚴重錯誤的C語言程序。請看下面這個例子：

上面這段C語言代碼編譯并執(zhí)行，會輸出什么呢？

在 main() 函數(shù)中，變量 a 和 b 都被初始化為 2。接著調(diào)用了 max() 宏，傳遞的參數(shù)分別是 ++a 和 b，粗略來看，此時執(zhí)行 max(++a, b)，就相當于執(zhí)行 max(3, 2)，那上面這段C語言程序會輸出 3, 2, 3 了？得到答案最簡單粗暴的方法就是編譯并執(zhí)行這段代碼，請看：

沒有經(jīng)驗的讀者看到實際輸出估計會大吃一驚，a 和 m 怎么不是 3 而是 4 呢？并沒有第二處給 a 再加一?。可弦还?jié)曾討論，編譯器會將C語言中的宏定義展開到被調(diào)用處，而不是像函數(shù)那樣編譯后，再通過 call 指令調(diào)用。使用 gcc -E 命令查看編譯器將上述C語言代碼預處理后的代碼，得到如下結(jié)果，請看：

顯然，這里就是C語言中“函數(shù)式宏定義”的注意事項了，傳遞給 max() 的參數(shù) ++a 會被展開到宏定義中所有的 __a 處，這就解釋了為何 a 和 m 最后都等于 4 而不是 3 了。

“函數(shù)式宏定義”還有其他與真正函數(shù)不同的地方，例如“函數(shù)式宏定義”就不適合用于遞歸等。

使用 do{}while(0)包裹代碼

盡管C語言中的“函數(shù)式宏定義”和真正的函數(shù)相比有一些缺點，但只要小心使用還是會顯著提高代碼的執(zhí)行效率的，畢竟省去了分配和釋放棧幀、傳參、傳返回值等一系列工作。正因為如此，Linux 內(nèi)核中有相當多的方法是使用 define 宏定義實現(xiàn)的，并且，在內(nèi)核C語言代碼中，“函數(shù)式宏定義”經(jīng)常借助 do{}while(0) 實現(xiàn)，例如：

為什么要用 do{}while(0) 包裹C語言代碼呢？不使用 do{}while(0) 包裹起來有什么不好嗎？請看下面這幾行C語言代碼：

宏定義被編譯器展開后，會產(chǎn)生下面這樣的C語言代碼：

這可能就與程序員的意圖不一致了，這種情況下__release(lock); 并沒有在 if(cond) 的作用范圍內(nèi)?？赡茏x者會說，那像函數(shù)一樣，使用 {} 包裹代碼不就可以了嗎？請再來看看下面這幾行C語言代碼：

問題就出在 spin_unlock(lock); 后面的這個分號“;”，如果不寫就不像函數(shù)調(diào)用，如果寫了就會引發(fā)語法錯誤——if 語句會被這個“;”提前結(jié)束，else 無法與其配對。這么看來，在C語言的“函數(shù)式宏定義”中使用 do{}while(0) 包裹C語言代碼顯然就是一個不錯的方法了。