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C语言中宏的高级应用

news 2025/5/11 7:40:50

一、宏的核心高级特性

1. 变参宏（Variadic Macros）

支持不定数量参数，用于灵活处理格式化字符串、日志输出等场景。

#include <stdio.h>// 定义支持可变参数的调试宏
#define DEBUG_LOG(format, ...) \printf("[DEBUG] %s:%d | " format "\n", __FILE__, __LINE__, ##__VA_ARGS__)int main() {int error_code = 404;DEBUG_LOG("Connection failed. Error: %d", error_code);return 0;
}

输出：

2. 符号拼接（Token Pasting）

使用 ## 将两个符号合并为新标识符，用于代码生成。

#define MAKE_FUNCTION(name) void name##_print() { printf("Hello, %s!\n", #name); }// 生成函数： alice_print(), bob_print()
MAKE_FUNCTION(alice)
MAKE_FUNCTION(bob)int main() {alice_print();  // 输出：Hello, alice!bob_print();    // 输出：Hello, bob!return 0;
}

输出:

3. 字符串化（Stringification）

使用 # 将宏参数转换为字符串字面量。

#define CHECK(condition) \if (!(condition)) { \printf("Assertion failed: %s\n", #condition); \}int main() {int x = 10;CHECK(x == 5);  // 输出：Assertion failed: x == 5return 0;
}

输出：

4. X-Macro（代码生成技术）

通过单一数据源生成多形态代码（如枚举、字符串表、序列化函数）。

// 定义数据源
#define FRUIT_TABLE \X(APPLE, "Apple") \X(ORANGE, "Orange") \X(BANANA, "Banana")// 生成枚举
typedef enum {
#define X(name, str) FRUIT_##name,FRUIT_TABLE
#undef X
} Fruit;// 生成字符串数组
const char* fruit_strings[] = {
#define X(name, str) str,FRUIT_TABLE
#undef X
};int main() {printf("Fruit: %s\n", fruit_strings[FRUIT_ORANGE]); // 输出：Orangereturn 0;
}

5. 泛型宏（C11 _Generic）

根据参数类型选择不同实现，模拟泛型编程。

#include <stdio.h>// 类型分发宏
#define PRINT(x) _Generic((x), \int: print_int,            \double: print_double       \
)(x)void print_int(int x) { printf("Integer: %d\n", x); }
void print_double(double x) { printf("Double: %.2f\n", x); }int main() {PRINT(42);         // 输出：Integer: 42PRINT(3.14);      // 输出：Double: 3.14return 0;
}

6. 编译时断言

利用宏在编译阶段验证条件。

// C11静态断言
#define STATIC_ASSERT(cond, msg) _Static_assert(cond, msg)STATIC_ASSERT(sizeof(int) == 4, "int must be 4 bytes!");// 传统实现（无C11支持）
#define COMPILE_TIME_ASSERT(cond) \typedef char __ct_assert[(cond) ? 1 : -1]COMPILE_TIME_ASSERT(sizeof(float) == 4);

二、高级宏设计技巧

1. 多语句宏封装

使用 do { ... } while(0) 确保宏展开后语法正确。

#define SWAP(a, b)  do { \typeof(a) __temp = a; \a = b;               \b = __temp;          \
} while(0)int main() {int x = 10, y = 20;SWAP(x, y);printf("x=%d, y=%d\n", x, y);  // 输出：x=20, y=10return 0;
}

2. 防止多次求值

用 ({ ... })（GCC扩展）或临时变量避免副作用。

// GCC语句表达式（非标准C）
#define MAX(a, b) ({ \typeof(a) __a = (a); \typeof(b) __b = (b); \__a > __b ? __a : __b; \
})int main() {int x = 5, y = 10;printf("Max: %d\n", MAX(x++, y++)); // 安全：x=6, y=11return 0;
}

三、实际应用场景

1. 泛型容器实现

// 定义泛型动态数组宏
#define DEFINE_DYNAMIC_ARRAY(T) \
typedef struct {                \T* data;                    \size_t size;                \size_t capacity;            \
} DynamicArray_##T;             \
void push_##T(DynamicArray_##T* arr, T value) { \if (arr->size >= arr->capacity) { \arr->capacity *= 2;     \arr->data = realloc(arr->data, arr->capacity * sizeof(T)); \}                          \arr->data[arr->size++] = value; \
}// 生成int和double数组类型
DEFINE_DYNAMIC_ARRAY(int)
DEFINE_DYNAMIC_ARRAY(double)int main() {DynamicArray_int int_arr = {0};int_arr.capacity = 2;int_arr.data = malloc(int_arr.capacity * sizeof(int));push_int(&int_arr, 42);return 0;
}

2. 单元测试框架

#define TEST_CASE(name) void test_##name()
#define RUN_TEST(name) do { \printf("Running test: %s\n", #name); \test_##name(); \
} while(0)TEST_CASE(math_add) {if (1 + 1 != 2) printf("Test failed!\n");
}int main() {RUN_TEST(math_add);  // 输出：Running test: math_addreturn 0;
}