道哥的第 019 篇原创

一直以来，我都有这样一种感觉：当我学习一个新领域的知识时，如果其中的某个知识点在刚开始接触时，我感觉比较难懂、不好理解，那么以后不论我花多长时间去研究这个知识点，心里会一直认为该知识点比较难，也就是说第一印象特别的重要。

就比如 C 语言中的宏定义，好像跟我犯冲一样，我一直觉得宏定义是 C 语言中最难的部分，就好比有有些小伙伴一直觉得指针是 C 语言中最难的部分一样。

宏的本质就是代码生成器，在预处理器的支持下实现代码的动态生成，具体的操作通过条件编译和宏扩展来实现。我们先在心中建立这么一个基本的概念，然后通过实际的描述和代码来深入的体会：如何驾驭宏定义。

所以，今天我们就来把宏定义所有的知识点进行汇总、深挖，希望经过这篇文章，我能够摆脱心理的这个魔障。看完这篇总结文章后，我相信你也一定能够对宏定义有一个总体、全局的把握。

一个 C 程序在编译的时候，从源文件开始到最后生成二进制可执行文件，一共经历 4 个阶段：

我们今天讨论的内容就是在第一个环节：预处理，由预处理器来完成这个阶段的工作，包括下面这 4 项工作：

一般情况下，C 语言文件中的每一行代码都是要被编译的，但是有时候出于对程序代码优化的考虑，希望只对其中的一部分代码进行编译，此时就需要在程序中加上条件，让编译器只对满足条件的代码进行编译，将不满足条件的代码舍弃，这就是条件编译。

简单的说：就是预处理器根据我们设置的条件，对代码进行动态的处理，把有效的代码输出到一个中间文件，然后送给编译器进行编译。

条件编译基本上在所有的项目代码中都被使用到，例如：当你需要考虑下面的几种情况时，就一定会使用条件编译：

这里举 3 个例子，在代码中经常看到的关于条件编译：

示例1：用来区分 C 和 C++ 代码

这样的代码几乎在每个开源库中都可能见到，主要的目的就是 C 和 C++ 混合编程，具体来说就是：

示例2：用来区分不同的平台

那么，这些 linux, __linux, __linux__, WIN32, _WIN32 是从哪里来的呢？我们可以认为是编译目标平台(操作系统)为我们预先准备好的。

示例3：在编写 Windows 平台下的动态库时，声明导出和导入函数

这段代码是直接从我之前在 B 站录制的一个小视频里的示例拿过来的，当时主要是演示如何如何在 Linux 平台下使用 make 和 cmake 构建工具来编译，后来又小伙伴让我在 Windows 平台下也用 make 和 cmake 来构建，所以就写了上面这段宏定义。

上面已经看到了，目标平台会为我们预先定义好一些宏，方便我们在程序中使用。除了上面的操作系统相关宏，还有另一类宏定义，在日志系统中被广泛的使用：

FILE：当前源代码文件名； LINE：当前源代码的行号； FUNCTION：当前执行的函数名； DATE：编译日期； TIME：编译时间；

例如：

所谓的宏扩展就是代码替换，这部分内容也是我想表达的主要内容。宏扩展最大的好处有如下几点：

我们在写代码的时候，所有使用宏名称的地方，都可以理解为一个占位符。在编译程序的预处理环节，这些宏名将会被替换成宏定义中的那些代码段，注意：仅仅是单纯的文本替换。

为了方便后面的描述，先来看几个常见的宏定义：

(1) 数据类型的定义

在数据类型定义中，需要注意的一点是：如果你的程序需要用不同平台下的编译器来编译，那么你要去查一下所使用的编译器对这些宏定义控制的数据类型是否已经定义了。例如：在 gcc 中没有 BOOL 类型，但是在 MSVC 中，把 BOOL 类型定义为 int 型。

(2) 获取最大、最小值

(3) 计算数组中的元素个数

(4) 位操作

当编译器看到 max(1, 2) 时，就会动态生成一个函数 int max(int a, int b) { ... }；

当编译器看到 max(1.1, 2.2) 时，又会动态生成另一个函数 float max(float a, float b) { ... }。

所以，从代码的动态生成角度看，宏定义和 C++ 中的模板参数有点神似，只不过宏定义仅仅是代码扩展而已。

下面这个例子也比较不错，利用宏的类型无关，来动态生成结构体：

这个例子中用到了 ##，下面会解释这个知识点。在前面的例子中，宏的参数传递的都是一些变量，而这里传递的宏参数是数据类型，通过宏的类型无关性，达到了“动态”创建结构体的目的：

这里有一个陷阱需要注意：传递的数据类型中不能有空格，如果这样使用：VEC(long long)，那替换之后得到：

这两个符号在编程中的作用也是非常巧妙，夸张的说一句：在任何框架性代码中，都能见到它们的身影！作用如下：

直接看最简单的例子：

传入的是一个数字 123，输出的结果是字符串 “123”，这就是字符串化。

把宏中的参数按照字符进行拼接，从而得到一个新的标识符，例如：

当调用宏 MAKE_VAR(a, 1) 后，符号 ## 把两侧的 name 和 no 首先替换为 a 和 1，然后连接得到 a1。然后在调用语句中前面的 int 数据类型就说明了 a1 是一个整型数据，最后初始化为 1。

宏定义的参数个数可以是不确定的，就像调用 printf 打印函数一样，在定义的时候，可以使用三个点(...)来表示可变参数，也可以在三个点的前面加上可变参数的名称。

如果使用三个点(...)来接收可变参数，那么在使用的时候就需要使用 __VA_ARGS__ 来表示可变参数，如下：

如果在三个点(...)的前面加上了一个参数名，那么在使用时就一定要使用这个参数名，而不能使用 __VA_ARGS__ 来表示可变参数，如下：

看一下这个宏：

编译、执行都没有问题。但是如果这样来使用宏：

编译的时候，会出现错误： error: expected expression before ‘)’ token。为什么呢？

看一下宏扩展之后的代码（__VA_ARGS__为空）：

看出问题了吧？在格式化字符串的后面多了一个逗号！为了解决问题，预处理器给我们提供了一个方法：通过 ## 符号把这个多余的逗号给自动删掉。于是宏定义改成下面这样就没有问题了。

类似的，如果自己定义了可变参数的名字，也在前面加上 ##，如下：

宏扩展的本质就是文本替换，但是一旦加上可变参数(__VA_ARGS__)和 ## 的连接功能，就能够变化出无穷的想象力。

我一直坚信，模仿是成为高手的第一步，只有见多识广、多看、多学习别人是怎么来使用宏的，然后拿来为己所用，按照“先僵化-再优化-最后固化”这个步骤来训练，总有一天你也能成为高手。

这里我们就来看几个利用宏定义的巧妙实现。

在代码中添加日志功能，几乎是每个产品的标配了，一般见到最普遍的是下面这样的用法：

在编译的时候，如果需要输出日志功能就传入宏定义 DEBUG，这样就能打印输出调试信息，当然实际的产品中需要写入到文件中。如果不需要打印语句，通过把打印日志信息那条语句定义为空语句来达到目的。

换个思路，我们还可以通过条件判断语句来控制打印信息，如下：

这样控制日志信息的看到的不多，但是也能达到目的，放在这里只是给大家开阔一下思路。

主要的思想就是：每次把可变参数 VA_ARGS 中的第一个参数给分离出来，然后把后面的参数再递归处理，这样就可以分离出每一个参数了。我记得侯杰老师在 C++ 的视屏中，利用可变参数模板这个语法，也实现了类似的功能。

刚才在有道笔记中居然找到了侯杰老师演示的代码，熟悉 C++ 的小伙伴可以研究下下面这段代码：