1. 函數(shù)宏介紹

函數(shù)宏，即包含多條語句的宏定義，其通常為某一被頻繁調(diào)用的功能的語句封裝，且不想通過函數(shù)方式封裝來降低額外的彈棧壓棧開銷。

函數(shù)宏本質(zhì)上為宏，可以直接進(jìn)行定義，例如：

#define?INT_SWAP(a,b)?\
????int?tmp?=?a;????\
????a?=?b;??????????\
????b?=?tmp

但上述的宏具有一個(gè)明顯的缺點(diǎn)：當(dāng)遇到 if、while 等語句且不使用花括號僅調(diào)用宏時(shí)，實(shí)際作用范圍在宏的第一個(gè)分號后便結(jié)束。即 a = b 和 b = tmp 均不受控制語句所作用。

因此，在工程中，一般使用三種方式來對函數(shù)宏進(jìn)行封裝，分別為 {}、do{...}while(0) 和 ({})。下文將一一對三種方式進(jìn)行分析，比較各自的優(yōu)劣點(diǎn)。

2. {} 方式

INT_SWAP 宏使用 {} 封裝后形態(tài)如下：

#define?INT_SWAP(a,b)\
{???????????????????\
????int?tmp?=?a;????\
????a?=?b;??????????\
????b?=?tmp;????????\
}

此時(shí)，直接調(diào)用與在無花括號的控制語句（如 if、while）中調(diào)用均能正常運(yùn)行，例如：

#define?INT_SWAP(a,b)?\
{???????????????????\
????int?tmp?=?a;????\
????a?=?b;??????????\
????b?=?tmp;????????\
}

int?main()
{
?int?var_a?=?1;
?int?var_b?=?2;

?INT_SWAP(var_a,?var_b);
?printf("var_a?=?%d,?var_b?=?%d\n",?var_a,?var_b);???//?var_a?=?2,?var_b?=?1
?
?if?(1)
????INT_SWAP(var_a,?var_b);
?printf("var_a?=?%d,?var_b?=?%d\n",?var_a,?var_b);???//?var_a?=?1,?var_b?=?2
}

但當(dāng)無花括號的 if 語句存在其他分支（else if、else 等）如：

if?(1)
???INT_SWAP(var_a,?var_b);
else
?printf("hello?world!\n");

會發(fā)現(xiàn)編譯出錯(cuò)：

...
/mnt/hgfs/share/pr_c/src/main.c:?In?function?‘main’:
/mnt/hgfs/share/pr_c/src/main.c:18:2:?error:?‘else’?without?a?previous?‘if’
??else

這是因?yàn)?INT_SWAP(var_a, var_b); 最后的 ; 已經(jīng)把 if 的作用域終結(jié)了，后續(xù)的 else 當(dāng)然沒有找到與之匹配的 if 了。

因此，解決方法有兩種，分別為不使用 ;（port.1）或規(guī)定必須使用帶花括號的 if（port.2），例如：

/*?port.1?*/
if?(1)
???INT_SWAP(var_a,?var_b)
else
{
????printf("hello?world!\n");
}

/*?port.2?*/
if?(1)
{
???INT_SWAP(var_a,?var_b);
}
else
{
????printf("hello?world!\n");
}

可見，不使用 ; 的調(diào)用方式無論從程序閱讀還是使用方法方面都是十分別扭的；而規(guī)定必須使用帶花括號的 if 的調(diào)用方式有違常理的，因?yàn)楹旰瘮?shù)應(yīng)該適用于任何語法。

優(yōu)缺點(diǎn)總結(jié)：

• 優(yōu)點(diǎn)：簡單粗暴。
• 缺點(diǎn)：不能在無花括號且有分支的 if 語句中直接調(diào)用；能夠不帶 ; 直接調(diào)用。

3. do{...}while(0) 方式

INT_SWAP 宏使用 do{...}while(0) 封裝后形態(tài)如下：

#define?INT_SWAP(a,b)???\
do{?????????????????????\
????int?tmp?=?a;????????\
????a?=?b;??????????????\
????b?=?tmp;????????????\
}while(0)

do{...}while(0) 表示只執(zhí)行一遍 {} 內(nèi)的語句，表象來說與 {} 的功能是一致的。不同的是，do{...}while(0) 可以提前退出函數(shù)宏、整合為一條語句與強(qiáng)制調(diào)用時(shí)必須使用 ;。

由于 do{...}while(0) 實(shí)際為 while 循環(huán)，因此可以使用關(guān)鍵字 break 提前結(jié)束循環(huán)。利用該特性，可以為函數(shù)宏添加參數(shù)檢測。例如：

#define?INT_SWAP(a,b)??\
do{?????????????????\
?if?(a???break;???\
????int?tmp?=?a;?????\
????a?=?b;???????????\
????b?=?tmp;?????????\
}while(0)

由于 do{...}while(0); 實(shí)際為一種語法，編譯器會把 do{...}while(0); 認(rèn)為為一條語句。

因此，do{...}while(0) 方式的函數(shù)宏可以在無花括號且有分支的 if 語句中直接調(diào)用。例如：

#define?INT_SWAP(a,b)??\
do{?????????????????\
?if?(a???break;???\
????int?tmp?=?a;?????\
????a?=?b;???????????\
????b?=?tmp;?????????\
}while(0)

int?main()
{
?int?var_a?=?1;
?int?var_b?=?2;

?if?(1)
????INT_SWAP(var_a,?var_b);
?else
??printf("hello?world!\n");?
?printf("var_a?=?%d,?var_b?=?%d\n",?var_a,?var_b);?//?var_a?=?2,?var_b?=?1

?return?0;
}

C 語言規(guī)定，do{...}while(0) 語法必須使用 ; 作為語句結(jié)尾。因此不可能存在以下語句的程序出現(xiàn)：

if?(1)
???INT_SWAP(var_a,?var_b)
else
{
?printf("hello?world!\n");?
}

優(yōu)缺點(diǎn)總結(jié)：

• 優(yōu)點(diǎn)：支持在無花括號且有分支的 if 語句中直接調(diào)用；支持提前退出函數(shù)宏；強(qiáng)制調(diào)用時(shí)必須使用 ;。
• 缺點(diǎn)：無返回值，不能作為表達(dá)式的右值使用。

4. ({}) 方式

({}) 為 GNU C 擴(kuò)展的語法，非 C 語言的原生語法。

INT_SWAP 宏使用 ({}) 封裝后形態(tài)如下：

#define?INT_SWAP(a,b)???\
({??????????????????????\
????int?tmp?=?a;????????\
????a?=?b;??????????????\
????b?=?tmp;????????????\
})

與 do{...}while(0) 相同，({}) 支持在無花括號且有分支的 if 語句中直接調(diào)用。例如：

#define?INT_SWAP(a,b)??\
({?????????????????\
?int?tmp?=?a;????\
?a?=?b;??????????\
?b?=?tmp;????????\
})

int?main()
{
?int?var_a?=?1;
?int?var_b?=?2;
?
?if?(1)
????INT_SWAP(var_a,?var_b);
?else
??printf("hello?world!\n");
?printf("var_a?=?%d,?var_b?=?%d\n",?var_a,?var_b);?//?var_a?=?2,?var_b?=?1
?
?return?0;
}

與 do{...}while(0) 不同的是，({}) 不能提前退出函數(shù)宏與支持返回值。({}) 畢竟不是 while 循環(huán)，不能直接使用 break退出函數(shù)宏是比較容易理解。那支持返回值是什么意思呢？

答案是 C 語言規(guī)定 ({}) 中的最后一條語句的結(jié)果為該雙括號體的返回值。例如：

int?main()
{
?int?a?=?({
??10;
??1000;
?});
?printf("a?=?%d\n",?a);??????//?a?=?1000
}

因此，({}) 可以為函數(shù)宏提供返回值。例如：

#define?INT_SWAP(a,b)??\
({?????????????????\
?int?ret?=?0;??\
?if?(a??{?????\
??ret?=?-1;??\
?}?????\
?else????\
?{?????\
??int?tmp?=?a;????\
??a?=?b;??????????\
??b?=?tmp;????????\
?}?????\
?ret;????\
})

int?main()
{
?int?var_a?=?1;
?int?var_b?=?2;
?
?if?(INT_SWAP(var_a,?var_b)?!=?-1)
??printf("swap?success?!!\n");?????//?swap?success?!!
?else
??printf("swap?fail?!!\n");?
?printf("var_a?=?%d,?var_b?=?%d\n",?var_a,?var_b);?//?var_a?=?2,?var_b?=?1
?
?return?0;
}

可見，此時(shí)的 INT_SWAP 宏已與函數(shù)十分接近。

優(yōu)缺點(diǎn)總結(jié)：

• 優(yōu)點(diǎn)：支持在無花括號且有分支的 if 語句中直接調(diào)用；有返回值，支持作為表達(dá)式的右值。
• 缺點(diǎn)：不支持提前退出函數(shù)宏；非 C 的原生語法，編譯器可能不支持。

5. 總結(jié)

綜上，在 {}、do{...}while(0) 和 ({}) 這三種函數(shù)宏的封裝方式之中，應(yīng)盡可能不使用 {}，考慮兼容性一般選擇使用 do{...}while(0)，當(dāng)需要函數(shù)宏返回時(shí)可以考慮使用 ({}) 或直接定義函數(shù)。

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