C/C++中宏定义的示例分析

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#define是C语言中提供的宏定义命令，其主要目的是为程序员在编程时提供一定的方便，并能在一定程度上提高程序的运行效率，但学生在学习时往往不能 理解该命令的本质，总是在此处产生一些困惑，在编程时误用该命令，使得程序的运行与预期的目的不一致，或者在读别人写的程序时，把运行结果理解错误，这对 C语言的学习很不利。

宏的定义在程序中是非常有用的，但是使用不当，就会给自身造成很大的困扰。通常这种困扰为：宏使用在计算方面。

本例子主要是在宏的计算方面，很多时候，大家都知道定义一个计算的宏，对于编译和编程是多么的有用。现在定义有以下一个计算 “乘法” 的宏。

#include 
#define MUL(a) ((a)*(a)*(a))
int main(int argc,char *argv[])
{
 int i = 10;
 int sum = MUL(i);
 printf("MUL(%d) = %d\n",i,sum);
 return 0;  
}

上面程序的这种做法对于非负数而言那就是没有问题的，比如，程序中的 变量 i=10，这个时候，调用宏得到的数据如下：

但是如何变量的数值是自加或者自减的操作的话，结果就不一样了。

假如我们将上面的程序变为下面这样的

#include 
#define MUL(a) ((a)*(a)*(a))
int main(int argc,char *argv[])
{
 int i = 10;
 int sum = MUL(++i);
 printf("MUL(%d) = %d\n",i,sum);
 return 0;  
}

得到的结果并不是 11 * 11 *11 = 1331这个数据，而是 1872，这时候有人会问为什么？

得到宏的朋友或者了解过宏在计算方面的朋友就会知道，这除了是宏的问题，还是本身程序员编写这段代码的问题。当使用了 ++i 和 i++ 的时候，

要特别注意在宏中是全部使用 ++i或者i++的，变成的格式如下

MUL（i++) ((i++)*(i++)*(i++))
 MUL(++i) ((++i)*(++i)*(++i))

上述的做法显然不是我们想要的计算结果，可能在我们程序中看到的是MUL(++i) 或者 MUL(i++)，认为实际上是如下情况：

//当i的初始化数值为10的时候，进行i++的 MUL(i++)宏计算，即是：int i = 10;
//MUL(i ++)的数值计算结果相比是 10 * 11 * 12的,这是没有问题的，但是 i的值呢？？是11吗？？显然不是。    MUL(i++) = 10 * 11 *12;i = ??;

i的数值如下图所示

诚然，i的数值变成了 13，这是为什么呢？？

那就是因为这个MUL(a)这个宏和程序员的 “自加自减” 操作所造成的。这里先普及一下 C/C++语言的 “自加自减” 操作：

//自加自减的操作

i++ 和 ++i  ----> 这里的操作属于++后操作，可以替换成 i = i+1 的结果。                   

    但是，当它赋值给一个变量的时候，表示的内容和含义就有不同： （假设i = 10）

    1.  sum1 = i++;

    2.  sum2 = ++i; 

    1中的sum1的数值就是 10， i为 11

    2中的sum2的数值就是 11， i为 11

这是因为：

    i++ 操作是 先赋值给 sum1后，自己在执行 i = i+1的操作

    ++i 操作是 先进行 i = i+ 1的操作，然后再赋值给sum2 

这样得到的结果当然不同了，但是i最终的结果是要加1的，只不过是赋值给变量的时候会有不同

通过对自加自减的操作进行说明，不知道大家是否明白为什么了吗？？

当 i  = 10的时候，MUL(i++)就是为  (i++)*(i++)*(i++)的计算结果，考虑到C/C++的运算符结合性， 

先计算第一个 i++，这是一个先计算后赋值的自加方式，那么这是后第一个 (i++)的数值待定为 10 ，那么第 

二个的i是因为第一个数据的 (i++)起了作用而变化的，这时候第二个(i++)的数值为11，然后加1,这时候 根 

据结合性，先计算前面两个数据，就是(i++) * (i++)的数值了，即为：10 * 11了，这时候的i数值是 12； 

然后计算第三个 i++的数值，这时候第三个i++中的i数值为 12，计算后再加1，也就是说，10 * 11 * 12之后，

i= 12 的数值在进行i++变为 13了。所以  MUL(i++) = 10 * 11 * 12 = 1320。　

另外，在进行++i的操作和上述的情况差不多，只不过是先做自加的运算，在进行赋值。

当 i = 10的时候，MUL(++i)实际上也为 (++i)*(++i)*(++i)的方式，这时候先计算第一个 (++i),这是一 

个先计算后赋值的结合方式，那么 i = i+1 = 11；这时候准备计算第二个(++i)的时候，因为需要先计算后赋值， 

所以 第二个 ++i 之后的数值为12，但是因为i属于同一个变量和属性，那么第一个i也会变成 12了，这时候结合性

考虑应该是计算前两个(++i)的结果，再与第三个(++i)计算，即(++i)*(++i) = 12 * 12;然后，我们计算第三个 

(++i)的数值，由于前面第二个++i的i值，所以第三个++i即为 13，此时，12 * 12 * 13。  

有人可能顾虑，为什么最后不是13 * 13 * 13的呢？那不是最后都是13吗？？  ------》其实这种想法是错误的，

这必须先理解运算符的结合性。我们知道，当计算中遇到了括号的时候，我们先计算括号的内容，这是我们在数学中的惯性思维。但是对于计算机而言，计算机必须 有计算的优先级，也就是运算符的优先级问题。首先我们计算前面两个括号的内容，以为两个括号之间有乘号(*)，所以计算前面两个(++i)之后，必须进行乘法计算，这就是优先级中的乘法计算，自左向右计算。所以结果变为了 12 * 12的最终结果在和第三个括号的(++i)计算，就是144 * (++ i) = 144 * 13;

 　　所以MUL(++i)的结果如下：

总结：

慎用宏在计算方面的，但是宏的有点还是很多的，对于C语言来说，宏可以减少运行的时间。在C++中，宏由于不会对类型进行检查，安全性不够，所以建议使用const来

进行使用，这样可以保证类型一致。这是C/C++对宏的严谨性进行优化的结果。

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