C++中常通过封装一些宏关键字来达到简化目的

在学习DCI（一种面向对象软件架构模式）中，采用的一些宏，以表达Role的概念。现简单收录如下

#define ABSTRACT(...) virtual __VA_ARGS__ = 0

#define OVERRIDE(...) virtual __VA_ARGS__ override

#define EXTENDS(...), ##_VA_ARGS__
#define IMPLEMENTS(...) EXTENDS(__VA_ARGS__)

#define USE_ROLE(type) virtual type& get##type() const;
#define HAS_ROLE(type) USE_ROLE(type)
#define ROLE(type) get##type()

#define IMPL_ROLE(type) \
    virtual type& get##type() const override\
    {\
        return const_cast<type&>(static_cast<const type&>(*this));\
    }

 

=================================================

在继承体系中，添加虚析构函数。

namespace details
{
    template<typename T>
    struct Role
    {
        virtual ~Role() {}
    };
}

#define DEFINE_ROLE(type) struct type : ::details::Role<type>

传统方法的实现

如果说我们有一个Animal的类，这个类被视为基类，我们希望从这个基类派生出不同的子类。在Animal中有3个纯需函数，如下所示：

class Animal
{
    public:

    virtual std :: string GetName () const = 0 ;
    virtual Vector3f GetPosition () const = 0;
    virtual Vector3f GetVelocity () const = 0;
};

同时，这个基类拥有三个派生类——Monkey，Tiger，Lion。

那么我们三个方法的每一个都会在7个地方存在：Animal中一次，Monkey、Lion、Tiget的声明和定义各一次。

然后假设我们做一个小改动——我们想将GetPosition和GetVelocity的返回类型改为Vector4f以适应Transform变换，那么我们就要在7个地方进行修改：Animal的.h文件，Lion、Tiger和Monkey的.h文件和.cpp文件。

使用宏的实现

有一种很妙的处理方法就是将这些方法进行包装，改成所谓接口宏的形式。我们可以试试看：

#define INTERFACE_ANIMAL(terminal)                          \
public:                                                     \
    virtual std::string GetName() const ##terminal          \
    virtual IntVector GetPosition() const ##terminal        \
    virtual IntVector GetVelocity() const ##terminal       

#define BASE_ANIMAL     INTERFACE_ANIMAL(=0;)
#define DERIVED_ANIMAL  INTERFACE_ANIMAL(;)

值得一提的是，##符号代表的是连接，\符号代表的是把下一行的连起来。

通过这些宏，我们就可以大大简化Animal的声明，还有所有从它派生的类的声明了：

// Animal.h
class Animal
{
    BASE_ANIMAL ;
};
// Monkey.h
class Monkey : public Animal
{
    DERIVED_ANIMAL ;
};

现在，不管我们什么时候想改动Animal的方法，我们都不用再去改动其派生类的头文件了。我们只需要改动这个接口宏而已。

但是我们仍然需要手工修改每个.cpp的实现，但是由于此时的声明已经变动了，此时编译器是会报错并且提示进行修改的。

再说了，这样另外好处还在于.h文件中的声明变得很清晰并且容易维护了。

 

 #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。

1　#define命令剖析

1.1   #define的概念

    #define命令是C语言中的一个宏定义命令，它用来将一个标识符定义为一个字符串，该标识符被称为宏名，被定义的字符串称为替换文本。
该命令有两种格式：一种是简单的宏定义，另一种是带参数的宏定义。

(1)简单的宏定义：
  1. #define <宏名>　　<字符串>
  2. 例： #define PI 3.1415926
(2) 带参数的宏定义
 
  1. #define <宏名> (<参数表>) <宏体>
  2. 例： #define A(x) x
    一个标识符被宏定义后，该标识符便是一个宏名。这时，在程序中出现的是宏名，在该程序被编译前，先将宏名用被定义的字符串替换，这称为宏替换，替换后才进行编译，宏替换是简单的替换。

1.2 宏替换发生的时机

    为了能够真正理解#define的作用，让我们来了解一下对C语言源程序的处理过程。当我们在一个集成的开发环境如Turbo C中将编写好的源程序进行编译时，实际经过了预处理、编译、汇编和连接几个过程。其中预处理器产生编译器的输出，它实现以下的功能：
（1）文件包含
    可以把源程序中的#include 扩展为文件正文，即把包含的.h文件找到并展开到#include 所在处。
（2）条件编译
    预处理器根据#if和#ifdef等编译命令及其后的条件，将源程序中的某部分包含进来或排除在外，通常把排除在外的语句转换成空行。
（3）宏展开
    预处理器将源程序文件中出现的对宏的引用展开成相应的宏 定义，即本文所说的#define的功能，由预处理器来完成。
    经过预处理器处理的源程序与之前的源程序有所有不同，在这个阶段所进行的工作只是纯粹的替换与展开，没有任何计算功能，所以在学习#define命令时只要能真正理解这一点，这样才不会对此命令引起误解并误用。

2　#define使用中的常见问题解析

2.1 简单宏定义使用中出现的问题

    在简单宏定义的使用中，当替换文本所表示的字符串为一个表达式时，容易引起误解和误用。如下例：
   
  1. 例1 #define N 2+2
  2. void main()
  3. {
  4.    int a=N*N;
  5.    printf(“%d”,a);
  6. }
    (1) 出现问题：
 
    在此程序中存在着宏定义命令，宏N代表的字符串是2+2，在程序中有对宏N的使用，一般同学在读该程序时，容易产生的问题是先求解N为2＋2＝4，然后在程序中计算a时使用乘法，即N*N=4*4=16,其实该题的结果为8，为什么结果有这么大的偏差?

    (2) 问题解析：
 
    如1节所述，宏展开是在预处理阶段完成的，这个阶段把替换文本只是看作一个字符串，并不会有任何的计算发生，在展开时是在宏N出现的地方 只是简单地使用串2＋2来代替N，并不会增添任何的符号，所以对该程序展开后的结果是a=2+2*2+2，计算后=8，这就是宏替换的实质，如何写程序才能完成结果为16的运算呢？

    (3)解决办法：
 
  1. /*将宏定义写成如下形式*/
  2. #define N (2+2)
  3. /*这样就可替换成(2+2)*(2+2)=16*/

2.2 带参数的宏定义出现的问题

    在带参数的宏定义的使用中，极易引起误解。例如我们需要做个宏替换能求任何数的平方，这就需要使用参数，以便在程序中用实际参数来替换宏定义中的参数。一般学生容易写成如下形式：
  1. #define area(x) x*x
  2. /*这在使用中是很容易出现问题的，看如下的程序*/
  4. void main()
  5. {
  6.     int y = area(2+2);
  7.     printf(“%d”,y);
  8. }
    按理说给的参数是2+2，所得的结果应该为4*4=16，但是错了，因为该程序的实际结果为8，仍然是没能遵循纯粹的简单替换的规则，又是先计算再替换 了，在这道程序里，2+2即为area宏中的参数，应该由它来替换宏定义中的x，即替换成2+2*2+2=8了。那如果遵循(1)中的解决办法，把2+2 括起来，即把宏体中的x括起来，是否可以呢？#define area(x) (x)*(x)，对于area(2+2)，替换为(2+2)*(2+2)=16，可以解决，但是对于area(2+2)/area(2+2)又会怎么样呢，有的学生一看到这道题马上给出结果，因为分子分母一样，又错了，还是忘了遵循先替换再计算的规则了，这道题替换后会变为 (2+2)*(2+2)/(2+2)*(2+2)即4*4/4*4按照乘除运算规则，结果为16/4*4=4*4=16，那应该怎么呢？解决方法是在整个宏体上再加一个括号，即#define   area(x) ((x)*(x))，不要觉得这没必要，没有它，是不行的。
    要想能够真正使用好宏定义，那么在读别人的程序时，一定要记住先将程序中对宏的使用全部替换成它所代表的字符串，不要自作主张地添加任何其他符号，完全展开后再进行相应的计算，就不会写错运行结果。
    如果是自己编程使用宏替换，则在使用简单宏定义时，当字符串中不只一个符号时，加上括号表现出优先级，如果是带参数的宏定义，则要给宏体中的每个参数加上括号，并在整个宏体上再加一个括号。看到这里，不禁要问，用宏定义这么麻烦，这么容易出错，可不可以摒弃它， 那让我们来看一下在C语言中用宏定义的好处吧。
如：
  1. #include <iostream.h>
  2. #define product(x)    x*x
  3. int main()
  4. {
  5.     int i=3;
  6.     int j,k;
  7.     j = product(i++);
  8.     cout<<"j="<<j<<endl;
  9.     cout<<"i="<<i<<endl;
  10.     k = product(++i);
  11.     cout<<"k="<<k<<endl;
  12.     cout<<"i="<<i<<endl;
  13.     return 0;
  14. }
依次输出结果：
j=9;i=5;k=49;i=7


3 宏定义的优点

(1)   方便程序的修改

    使用简单宏定义可用宏代替一个在程序中经常使用的常量，这样在将该常量改变时，不用对整个程序进行修改，只修改宏定义的字符串即可，而且当常量比较长时， 我们可以用较短的有意义的标识符来写程序，这样更方便一些。我们所说的常量改变不是在程序运行期间改变，而是在编程期间的修改，举一个大家比较熟悉的例子，圆周率π是在数学上常用的一个值，有时我们会用3.14来表示，有时也会用3.1415926等，这要看计算所需要的精度，如果我们编制的一个程序中 要多次使用它，那么需要确定一个数值，在本次运行中不改变，但也许后来发现程序所表现的精度有变化，需要改变它的值， 这就需要修改程序中所有的相关数值，这会给我们带来一定的不便，但如果使用宏定义，使用一个标识符来代替，则在修改时只修改宏定义即可，还可以减少输入 3.1415926这样长的数值多次的情况，我们可以如此定义 #define   pi   3.1415926，既减少了输入又便于修改，何乐而不为呢？

(2) 提高程序的运行效率

    使用带参数的宏定义可完成函数调用的功能，又能减少系统开销，提高运行效率。正如C语言中所讲，函数的使用可以使程序更加模块化，便于组织，而且可重复利用，但在发生函数调用时，需要保留调用函数的现场，以便子 函数执行结束后能返回继续执行，同样在子函数执行完后要恢复调用函数的现场，这都需要一定的时间，如果子函数执行的操作比较多，这种转换时间开销可以忽 略，但如果子函数完成的功能比较少，甚至于只完成一点操作，如一个乘法语句的操作，则这部分转换开销就相对较大了，但使用带参数的宏定义就不会出现这个问 题，因为它是在预处理阶段即进行了宏展开，在执行时不需要转换，即在当地执行。宏定义可完成简单的操作，但复杂的操作还是要由函数调用来完成，而且宏定义所占用的目标代码空间相对较大。所以在使用时要依据具体情况来决定是否使用宏定义。

4 结语

    本文对C语言中宏定义#define在使用时容易出现的问题进行了解析，并从C源程序处理过程的角度对#define的处理进行了分析，也对它的优点进行 了阐述。只要能够理解宏展开的规则，掌握使用宏定义时，是在预处理阶段对源程序进行替换，只是用对应的字符串替换程序中出现的宏名，这样就可在正确使用的 基础上充分享受使用宏定义带来的方便和效率了

二、define中的三个特殊符号：#，##，#@
 
  1. #define Conn(x,y) x##y
  2. #define ToChar(x) #@x
  3. #define ToString(x) #x
(1)x##y表示什么？表示x连接y，举例说：
  1. int n = Conn(123,456); /* 结果就是n=123456;*/
  2. char* str = Conn("asdf", "adf"); /*结果就是 str = "asdfadf";*/
（2）再来看#@x，其实就是给x加上单引号，结果返回是一个const char。举例说：
char a = ToChar(1);结果就是a='1';
做个越界试验char a = ToChar(123);结果就错了;
但是如果你的参数超过四个字符，编译器就给给你报错了！
error C2015: too many characters in constant   ：P
(3）最后看看#x,估计你也明白了，他是给x加双引号
char* str = ToString(123132);就成了str="123132";
三、常用的一些宏定义

1 防止一个头文件被重复包含 
  1. #ifndef BODYDEF_H 
  2. #define BODYDEF_H 
  3.  //头文件内容 
  5. #endif
 
2 得到指定地址上的一个字节或字
 
  1. #define MEM_B( x ) ( *( (byte *) (x) ) ) 
  2. #define MEM_W( x ) ( *( (word *) (x) ) )
用法如下：
  1. #include <iostream>
  2. #include <windows.h>
  4. #define MEM_B(x) (*((byte*)(x)))
  5. #define MEM_W(x) (*((WORD*)(x)))
  7. int main()
  8. {
  9.     int bTest = 0x123456;
  11.     byte m = MEM_B((&bTest));/*m=0x56*/
  12.     int n = MEM_W((&bTest));/*n=0x3456*/
  14.     return 0;
  15. }

3 得到一个field在结构体(struct)中的偏移量

 
  1. #define OFFSETOF( type, field ) ( (size_t) &(( type *) 0)-> field )
    请参考文章：详解写宏定义：得到一个field在结构体（struct type）中的偏移量。

4 得到一个结构体中field所占用的字节数 
  1. #define FSIZ( type, field ) sizeof( ((type *) 0)->field )

5 得到一个变量的地址（word宽度） 
  1. #define B_PTR( var ) ( (byte *) (void *) &(var) ) 
  2. #define W_PTR( var ) ( (word *) (void *) &(var) )
6 将一个字母转换为大写
  1. #define UPCASE( c ) ( ((c) >= ''a'' && (c) <= ''z'') ? ((c) - 0x20) : (c) )
7 判断字符是不是10进值的数字
  1. #define DECCHK( c ) ((c) >= ''0'' && (c) <= ''9'')
8 判断字符是不是16进值的数字 
  1. #define HEXCHK( c ) ( ((c) >= ''0'' && (c) <= ''9'') ||((c) >= ''A'' && (c) <= ''F'') ||((c) >= ''a'' && (c) <= ''f'') )
9 防止溢出的一个方法
 
  1. #define INC_SAT( val ) (val = ((val)+1 > (val)) ? (val)+1 : (val))
10 返回数组元素的个数 
  1. #define ARR_SIZE( a ) ( sizeof( (a) ) / sizeof( (a[0]) ) )
11 使用一些宏跟踪调试

ANSI标准说明了五个预定义的宏名。它们是： 
  1. _LINE_ /*(两个下划线)，对应%d*/
  2. _FILE_ /*对应%s*/
  3. _DATE_ /*对应%s*/
  4. _TIME_ /*对应%s*/
posted @ 2020-10-20 09:46  konglingbin  阅读(595)  评论(0)  编辑  收藏  举报