C语言中quot;##quot;的独特用法

市面上有很多比较火的编程语言,比如Python、 JAVA、 Go等,你可能觉得C语言很古老、很落后。如果你有这种想法,那可能你只是一个初学的菜鸟。

可能绝大部分 C 程序员都不知道"##"隐藏用法,下面就来给大家讲讲。

一、##的“表”用法

想必很多人都知道"##"的用法——它本质上是一个“胶水运算”(连接字符串的作用),用于把参数宏中的“形参”与其它没有天然分割的内容粘连在一起,例如:

#define def_u32_array(__name, __size)  uint32_t array_##__name[__size];

实际中,我们可以这样使用:

def_u32_array(sample_buffer, 64)

宏展开的效果是:

uint32_t array_sample_buffer[64];

可以看到,"array__"与形参“__name”是没有天然分割的,因此要想将"array_"与"__name"所代表的内容(而不是__name本身)粘连在一起,就需要“##”运算的帮助。

另一方面,"__name"与"["是具有天然分隔的——编译器不会认为"__name"与"["是连接在一起的,因此这里并不需要画蛇添足的使用"##"运算——如果你这么做了,预编译器会毫不犹豫的告诉你语法错误。——这是"##"运算的普通用法,在过去转载的文章《C语言#和##连接符在项目中的应用(漂亮)》中也有详细介绍,这里就不再赘述。

二、## 的官方“里”用法

“##”还有一个很少为人所知的“里”用法,在介绍它之前,不得不首先说说由ANSI-C99标准引入的另外一个参数宏扩展——可变参数宏。举个例子:

#define safe_atom_code(...)             \ {                          \      uint32_t int_flag = __disable_irq();   \            __VA_ARGS__                      \            __set_PRIMASK(int_flag);             \        }

这里定义了一个宏"safe_atom_code()",在括号内,无论你填写任何内容,都会被无条件的放置到“__VA_ARGS__”所在的位置,你可以认为括号里的“...”实际上就是对应"__VA_ARGS__"。比如,我们可以写下这样的代码:

/** \fn          void wr_dat (uint16_t dat)  \brief       Write data to the LCD controller  \param[in]   dat  Data to write
*/
static __inline void wr_dat (uint_fast16_t dat) 
{ safe_atom_code(     LCD_CS(0);        GLCD_PORT->DAT = (dat >>   8);   /* Write D8..D15 */GLCD_PORT->DAT = (dat & 0xFF);   /* Write D0..D7 */          LCD_CS(1);)
}

这个代码确保在向寄存器GCLD_PORT->DAT写入数据时不会被其它中断打断。

聪明的你也许很快就会提出这样的问题,上述宏跟下面的写法有什么区别呢?

#define safe_atom_code(__CODE)             \  {                             \ uint32_t int_flag = __disable_irq();   \     __CODE                       \      __set_PRIMASK(int_flag);           \     }

你不仅提出了问题,甚至还实际测试了下,似乎完全等效,“根本没差别嘛!”——你惊呼道。然而,事实上并没有那么简单:

1.参数宏是通过“,”来作为分隔符来计算用户实际产传入了几个参数的,或者换句话说,在使用参数宏的时候,预编译器是看不懂C语法的——在它眼中,除了它所认识的少数符号外,其它东西都是无意义的字符串——由于在处理括号内部的内容时,它只认识","和"...",因此当括号中的内容每增加一个",",与编译器就认为多了一个参数。

2.当你使用参数宏的时候,传入参数的个数(已“,”分开)必须与定义参数宏时候形参的数量完全一致;当不一致的时候,预编译器可能不会报错,而是直接无视了你的参数宏——把它传递到编译的下一阶段,因而往往会被认作是一个函数——事实上这个函数是不存在的,因此在链接阶段会报告某某函数未定义的错误。这时候你就会纳闷了,为啥我明明定义的是一个宏,编译器却把它当作函数呢?

可变参数宏的引入就解决了这个问题:

  • "..."只能放在参数宏形参列表的最后;

  • 当用户的参数个数超过了规定的参数个数时,所有多出来的内容会一股脑的由“__VA_ARGS__”所背负;

  • 当用户的参数个数正好等于形参的个数时,"__VA_ARGS__"就等效于一个空字符串

回头再来看前面的问题:

#define safe_atom_code(...)

与 

#define safe_atom_code(__CODE)

的差别在于,前者括号里可以放包括","在内的几乎任意内容;而后者则完全不能容忍逗号的存在——比如你调用了一个函数,函数的参数要用到都好隔开吧?再比如,你用到了逗号表达式……——想想都很酸爽。

其实,可变参数列表最初诞生的原因之一是为了解决与C函数的可变参数(va_args)配合使用的问题,例如:

#define log_info(__STRING, ...)    printf(__STRING, __VA_ARGS__)

因此,使用的时候,我们可以这样写:

log_info("------------------------------------\r\n");
log_info(" Cycle Count : %d", total_cycle_cnt);

宏展开后实际上对应于:

printf("------------------------------------\r\n",);
printf(" Cycle Count : %d", total_cycle_cnt);

看似没有问题,注意到一个细节没有?在第一个printf()的最后多了一个","。虽然有些编译器,例如GCC并不会计较(也许就是一个warning),但对于广大洁癖严重的处女座程序员来说,这怎么能忍,于是在ANSI-C99标准引入可变参数宏的时候,又贴心了加了一个不那么起眼的语法:当下面的组合出现时 ",##__VA_ARGS__",如果__VA_ARGS__是一个空字符串,则前面的","会一并被删除掉。因此,上面的宏可以改写为:

#define log_info(__STRING, ...)    printf(__STRING,##__VA_ARGS__)

此时,前面的代码会被展开为:

printf("------------------------------------\r\n");
printf(" Cycle Count : %d", total_cycle_cnt);

处女座表示,这次可以安心睡觉了。

如果说这就是99%的C程序员都不知道的"##"隐藏用法,未免太对不起观众了,实际上本文的正片才刚刚开始。

三、 ## 的骚操作

逗号表达式中,逗号的最右边将作为表达式真正的返回值。 

结合前面关于",##__VA_ARGS__"用法的介绍,你们有没有意识到,其实这里的逗号不光可以是参数列表的分隔符,还可以是逗号表达式的运算符。结合__VA_ARGS__的特性,我们可以写出类似这样的宏:

#define EXAMPLE(...)     ( 默认值 ,##__VA_ARGS__)

它有两种使用情况:

1.当我们使用参数宏的时候在括号里不填写任何内容,最终会展开为仅有默认值的情况

EXAMPLE();

被展开为:

( 默认值 )

2.当我们提供了任意的有效值时,则会被展开成逗号表达式:

EXAMPLE(我们提供的值);

被展开为:

( 默认值, 我们提供的值 )

根据逗号表达式的特性,此时,默认值会被丢弃掉(有些编译器会报告表达式无效的warning,这是正常的,因为编译器注意到“默认值”所代表的表达式实际上被丢弃了,它觉得我们写了一个无用的表达式)。

这个技巧其实对API的封装特别有效:它允许我们简化函数API的使用,比如在用户忽略的情况下,自动给函数填充某些默认值,而在用户主动提供参数的情况下,替代那些默认值。这里我举两个现实中的例子:

(1)为函数提供默认的参数

假设我们有一个初始化函数,初始化函数允许用户通过结构体来配置一些参数:

typedef struct xxxx_cfg_t {    ...} xxxx_cfg_t;
int xxxx_init(xxxx_cfg_t *cfg_ptr);

为了简化用户的配置过程,初始化函数会检查指针cfg_ptr是否为NULL,如果为NULL则自动使用默认配置,反之将使用用户定义的配置。此时,我们可以通过宏来提供默认值NULL:

#define XXXX_INIT(...)    xxxx_init((NULL,##__VA_ARGS__))

(2)为消息处理提供默认的掩码配置

有些消息处理函数可以批量的处理某一类消息,而具体选中了哪些消息类别,则通常由二进制掩码来表示,例如:

typedef struct msg_t msg_t;
struct { uint16_t msg;    uint16_t mask;    int (*handler)(msg_t *msg_ptr);
} msg_t;

四、结语

宏不是阻碍代码开发和可读性的魔鬼,对自己不熟悉知识的傲慢才是。

来源:裸机思维

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