宏是编译时预处理阶段用到的一种强大的工具，宏可以实现对指定代码片段的替换。依照笔者的理解，宏实际上是给某个特定的代码段起了一个别名。在预处理阶段，编译器将代码中的这个别名替换成相应的代码段。在C++当中，我们可以使用#define指令来定义宏。

#define PI 3.14159265358979323846

　　在这个宏中，就给3.14159265358979323846起了PI这样一个别名，在C++中，可以使用PI来替代圆周率，这样代码看上去会更加清晰明了。

宏的作用

　　常量替换

　　　　如上文所述，使用宏可以实现代码常量的替换，避免使用魔数（magic numbers）的产生，提高代码的可读性。例如上面提到的圆周率这个例子，一般约定，常量的别名都是大写。

　　实现简单的函数定义

　　　　使用宏可以在一定程度上替代函数，在C++中，常常使用宏来替代简单的函数。例如下面这个例子：

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

　　　　因为宏是纯粹的文本替换，在用它来代替函数时，如果使用不慎，可能造成意想不到的逻辑错误，例如下面这个例子。

1 // 错误的示例，使用宏实现平方根计算
2 #include <iostream>
3 #define AREA(x) x*x
4 
5 int main()
6 {
7     std::cout<<AREA(2+2)<<std::endl;
8     return 0;
9 }

　　　　这段代码的预期结果是16，但他的实际运行结果是8。这是因为在宏替换之后，第七行的代码实际上变成了：

std::cout<<2+2*2+2<<std::endl;

　　　　解决的方式是使用函数宏，给每个用到参数的地方加上括号。仅仅给参数加上括号是不够的，如果我们将AREA的结果作为除数，也可能产生替换错误。

1 // 错误的示例2 预期结果是4，实际是16
2 #include <iostream>
3 #define AREA(x) (x)*(x)
4 
5 int main()
6 {
7     std::cout<<AREA(2+2)/AREA(1+1)<<std::endl;
8     return 0;
9 }

　　　　第7行的代码实际上变成了这样：

std::cout<<(2+2)*(2+2)/(1+1)*(1+1)<<std::endl;

　　　　因此像函数一样使用宏时，我们需要给整个要替换的代码段加上括号。

#define AREA(x) ((x)*(x))

　多行宏

　　　　在C++中，如果你需要将一个宏定义分成多行来写，可以使用反斜杠（\）来指示宏定义在下一行继续。另外，如果宏的内容比较复杂，那么建议使用do...while(0)结构将要替换的代码段包括起来。

 1 //多行宏
 2 #include<iostream>
 3 #define SWAP(x,y) \
 4     do {    \
 5         decltype(x) tmp;\
 6         tmp = x; \
 7         x = y; \
 8         y = tmp;\
 9     }while(0);
10 
11 int main()
12 {
13     int x = 1;
14     int y = 2;
15     SWAP(x,y);
16     std::cout<<"x:"<< x <<"   y:"<<y<<std::endl;
17     return 0;
18 }

　　　　这样做的好处是可以将宏的内容成为一个独立的语法单元，避免调用时产生的错误。

　宏定义中的特殊符号的含义

　　　　在C++的宏当中，有2个特殊符号。

  1. #：用来为参数加上双引号。
  2. ##：用来将两端内容连接在一起。
 1 // 宏当中的特殊符号
 2 #include<iostream>
 3 #define CONNECT(x,y) x##y 
 4 #define TOSTRING(x) #x
 5 
 6 int main()
 7 {
 8     int n = CONNECT(11,22);
 9     std::cout<<n<<std::endl;
10     std::string str = TOSTRING(Hello World);
11     std::cout<<str<<std::endl;
12     return 0;
13 }

运行结果如下：

 预定义宏

　　gcc 的预处理器预定了很多宏，这些宏被称为“预定义宏”（Predefined Macros）。对于 C 语言，预定义宏包含三类：标准的（standard）、通用的（common）和特定于系统的（system-specific）。对于 C++ 语言，除了上述三类，还多了一类：命名运算符（named operators）。

　　标准的预定义宏：由相关的语言标准指定，因此实现这些标准的所有编译器都可以使用它们。

　　通用的预定义宏：GNU C 扩展的预定义宏。

　　特定于系统的预定义宏：表示系统和机器类型的宏。

　　命名运算符：在 C++ 中，有 11 个关键字，它们是常用标点符号的替代写法。即使在预处理器中，也可以使用这些关键词，如在 #if 中拿它们充当运算符。在 C 中，可以通过包含 iso646.h 来要求这些关键字具有 C++ 的含义。该头文件将它们定义为普通的宏，并扩展到相应的标点符号。

更多预定义宏的相关知识，可以参考链接：https://gcc.gnu.org/onlinedocs/cpp/Predefined-Macros.html#Predefined-Macros

宏当中的不定长参数

C99标准中，__VA_ARGS__是一个用来表示不定长参数的宏。

#define LOG(fmt, ...) printf(fmt, ##__VA_ARGS__);
　　预处理器执行这条指令时，会将"...",也就是不定长参数替换__VA_ARGS__，##在这里的作用是，如果可变长参数为空，那么忽略前面多出的逗号。

在gcc编译器中，可以使用另外一种语法来实现宏的不定长参数，在"..."前加上args，args可替代原来的__VA_ARGS__。

#define LOG(fmt, args...) printf(fmt, ##args);

调用它的效果和第一条指令是完全一样的

总结：宏的优点和缺点

　　优点

    • 使用宏能避免魔数(magic number),提示代码复用率。
    • 宏在编译时期展开，运行时没有开销。

　　缺点

    • 使用宏会造成代码调试困难。
    • 宏不进行类型检测，容易造成类型错误。