C语言在宏定义中使用语句表达式和预处理器运算符

语句表达式的亮点在于定义复杂功能的宏。使用语句表达式来定义宏，不仅可以实现复杂的功能，而且还能避免宏定义带来的歧义和漏洞。下面以一个简单的最小值的宏为例子一步步说明。

1、灰常简单的么，使用条件运算符就能完成，不就是

#define  MIN(x,y)  x > y ? y : x

当然这是最基本的 C 语言语法，可以写一个测试程序，验证一下我们定义的宏的正确性

#include <stdio.h>

#define  MIN(x,y)  x < y ? y : x

int main(int argc, const char **argv)
{
    printf("min = %d\r\n", MIN(1,2));
    printf("min = %d\r\n", MIN(2,1));
    printf("min = %d\r\n", MIN(2,2));
    printf("min = %d\r\n", MIN(3,1+1));
    printf("min = %d\r\n", MIN(1!=1, 1!=2));

    return 0;
}

当宏的参数是一个非简单的加减乘除的表达式时，发现实际运行结果为 min=1，和我们预想结果 min=0 不一样。这是因为，宏展开后（宏只做替换，不做运算），就变成了这个样子

printf("min = %d\r\n", 2!=2 > 1!=2 ? 1!=2 : 2!=2);

因为比较运算符 > 的优先级为6，大于 判断运算符!=（优先级为7），所以简单的宏替换的表达式展开后，运算顺序发生了改变，结果结果可想而知了。

2、通常为了避免这种展开错误，我们可以给宏的参数加一个小括号()来防止展开后，表达式的运算顺序发生变化。这样的宏才能算一个比较完善的宏：

#define  MIN(x, y)  (x) > (y) ? (y) : (x)

再一次进行测试，可以使用下面的代码测试：

#include <stdio.h>

#define  MIN(x, y)  (x) > (y) ? (y) : (x)

int main(int argc, const char **argv)
{
    printf("min = %d\r\n", 3 + MIN(1,2));
    printf("min = %d\r\n", 4 + MIN(1!=2,2));
    return 0;
}

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在程序中，我们打印表达式 3 + MIN(1, 2) 的值，预期结果应该是5，但实际运行结果却是2。我们展开后，发现同样有问题：

3 + (1) > (2) ? (2) : (1);

因为运算符 + 的优先级大于比较运算符 >，所以这个表达式就变为4>2?2:1，最后结果为2也就

释然了。

对于4 + (1!=2) > (2) ? (2) : (1!=2);

同样的道理，出现5>2?2:1,结果可想而知。

3、此时我们应该继续修改这个宏：

#define  MIN(x, y)  ((x) > (y) ? (y) : (x))

使用小括号将整个宏定义括起来，避免了当一个表达式同时含有宏定义和其它高优先级运算符时，破坏整个表达式的运算顺序。

那么现在的这个写法已经解决上面的两种写法带来的意外，在进行一下简单的测试。

#include <stdio.h>

#define  MIN(x, y)  ((x) > (y) ? (y) : (x))


int main(void)
{
    int i = 2;
    int j = 6;
    printf("min = %d\r\n", MIN(i++, j++));
    return 0;
}

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实际运行结果发现 min = 3，而不是预期结果 min = 2。这是因为

((i++) > (j++)) ? (j++) : (i++);

在进行比较判断的时候i和j的值分别自加一次，然后在取结果的时候，i++又被执行了一次，所以，i的值变成了3。

4、基于上述的问题，可以使用语句表达式来定义这个宏。

注意：宏延续运算符（\）的概念

一个宏通常写在一个单行上。但是如果宏太长，一个单行容纳不下，则使用宏延续运算符（\）。

#define  MIN(x, y)  ({ \
    int _x = x; \
    int _y = y; \
    _x > _y ? _y : _x;\
})

在语句表达式中定义两个临时变量，分别来暂储x和y的值，然后进行比较，这样就避免了两次自增、自减问题。

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5、在上面这个宏定义的两个临时变量数据类型是 int 型。那对于其它类型的数据，就需要重新再定义一个宏，但是可以基于上面的宏继续修改，让它可以支持任意类型的数据比较大小：

#include <stdio.h>

#define  MIN(type, x, y)  ({\
    type _x = x;\
    type _y = y;\
    _x > _y ? _y : _x;\
})

int main(void)
{
    int i = 2;
    int j = 6;
    printf("min = %d\r\n",MIN(int, i++, j++));
    printf("min = %.2f\r\n",MIN(float, 3.14, 3.15));

    return 0;
}

在这个宏中，我们添加一个参数：type，用来指定临时变量 _x 和 _y 的类型。这样，我们在比较两个数的大小时，只要将2个数据的类型作为参数传给宏，就可以比较任意类型的数据了。

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6、在内核中，尤其是在内核的宏定义中，被大量的使用。使用语句表达式定义宏，不仅可以实现复杂的功能，还可以避免宏定义带来的一些歧义和漏洞。比如在 Linux 内核中，max_t 和 min_t 的宏定义，就使用了语句表达式：

#define min_t(type, x, y) ({            \
    type __min1 = (x);          \
    type __min2 = (y);          \
    __min1 < __min2 ? __min1 : __min2; })


#define max_t(type, x, y) ({            \
    type __max1 = (x);          \
    type __max2 = (y);          \
    __max1 > __max2 ? __max1 : __max2; })

7、宏定义中字符串常量化运算符（#）

在宏定义中，当需要把一个宏的参数转换为字符串常量时，则使用字符串常量化运算符（#）。在宏中使用的该运算符有一个特定的参数或参数列表。例如：

#include <stdio.h>

#define  PRINT(a, b)  \
    printf(#a " and " #b "\n")

int main(void)
{
   PRINT(Dog abc, Cat);
   return 0;
}

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8、宏定义中标记粘贴运算符（##）

宏定义内的标记粘贴运算符（##）会合并两个参数。它允许在宏定义中两个独立的标记被合并为一个标记。例如：

#include <stdio.h>

#define tokenpaster(n) \
    printf ("token" #n " = %d", token##n)

int main(void)
{
   int token12 = 34;
  
   tokenpaster(12);
 
   return 0;
}

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