宏定义

#、##运算符和可变参数

在函数式宏定义中，#运算符用于创建字符串，#运算符后面应该跟一个形参（中间可以有空格或Tab），例如：

#define STR(s) # s
STR(hello 	world)

用cpp命令预处理之后是"hello world"，自动用"号把实参括起来成为一个字符串，并且实参中的连续多个空白字符被替换成一个空格。

再比如：

#define STR(s) #s
fputs(STR(strncmp("ab\"c\0d", "abc", '\4"')
	== 0) STR(: @\n), s);

预处理之后是fputs("strncmp(\"ab\\\"c\\0d\", \"abc\", '\\4\"') == 0" ": @\n", s);，注意如果实参中包含字符常量或字符串，则宏展开之后字符串的界定符"要替换成\"，字符常量或字符串中的\和"字符要替换成\\和\"。

在宏定义中可以用##运算符把前后两个预处理Token连接成一个预处理Token，和#运算符不同，##运算符不仅限于函数式宏定义，变量式宏定义也可以用。例如：

#define CONCAT(a, b) a##b
CONCAT(con, cat)

预处理之后是concat。再比如，要定义一个宏展开成两个#号，可以这样定义：

#define HASH_HASH # ## #

中间的##是运算符，宏展开时前后两个#号被这个运算符连接在一起。注意中间的两个空格是不可少的，如果写成####，会被划分成##和##两个Token，而根据定义##运算符用于连接前后两个预处理Token，不能出现在宏定义的开头或末尾，所以会报错。

我们知道printf函数带有可变参数，函数式宏定义也可以带可变参数，同样是在参数列表中用...表示可变参数。例如：

#define showlist(...) printf(#__VA_ARGS__)
#define report(test, ...) ((test)?printf(#test):\
	printf(__VA_ARGS__))
showlist(The first, second, and third items.);
report(x>y, "x is %d but y is %d", x, y);

预处理之后变成：

printf("The first, second, and third items.");
((x>y)?printf("x>y"): printf("x is %d but y is %d", x, y));

在宏定义中，可变参数的部分用__VA_ARGS__表示，实参中对应...的几个参数可以看成一个参数替换到宏定义中__VA_ARGS__所在的地方。

调用函数式宏定义允许传空参数，这一点和函数调用不同，通过下面几个例子理解空参数的用法。

#define FOO() foo
FOO()

预处理之后变成foo。FOO在定义时不带参数，在调用时也不允许传参数给它。

#define FOO(a) foo##a
FOO(bar)
FOO()

预处理之后变成：

foobar
foo

FOO在定义时带一个参数，在调用时必须传一个参数给它，如果不传参数则表示传了一个空参数。

#define FOO(a, b, c) a##b##c
FOO(1,2,3)
FOO(1,2,)
FOO(1,,3)
FOO(,,3)

预处理之后变成：

123
12
13
3

FOO在定义时带三个参数，在调用时也必须传三个参数给它，空参数的位置可以空着，但必须给够三个参数，FOO(1,2)这样的调用是错误的。

#define FOO(a, ...) a##__VA_ARGS__
FOO(1)
FOO(1,2,3,)

预处理之后变成：

1
12,3,

FOO(1)这个调用相当于可变参数部分传了一个空参数，FOO(1,2,3,)这个调用相当于可变参数部分传了三个参数，第三个是空参数。

gcc有一种扩展语法，如果##运算符用在__VA_ARGS__前面，除了起连接作用之外还有特殊的含义，例如内核代码net/netfilter/nf_conntrack_proto_sctp.c中的：

#define DEBUGP(format, ...) printk(format, ## __VA_ARGS__)

printk这个内核函数相当于printf，也带有格式化字符串和可变参数，由于内核不能调用libc的函数，所以另外实现了一个打印函数。这个函数式宏定义可以这样调用：DEBUGP("info no. %d", 1)。也可以这样调用：DEBUGP("info")。后者相当于可变参数部分传了一个空参数，但展开后并不是printk("info",)，而是printk("info")，当__VA_ARGS是空参数时，##运算符把它前面的,号“吃”掉了。

宏展开的步骤

以上举的宏展开的例子都是最简单的，有些宏展开的过程要做多次替换，例如：

#define sh(x) printf("n" #x "=%d, or %d\n",n##x,alt[x])
#define sub_z  26
sh(sub_z)

sh(sub_z)要用sh(x)这个宏定义来展开，形参x对应的实参是sub_z，替换过程如下：

1. #x要替换成"sub_z"。

2. n##x要替换成nsub_z。

3. 除了带#和##运算符的参数之外，其它参数在替换之前要对实参本身做充分的展开，所以应该先把sub_z展开成26再替换到alt[x]中x的位置。

4. 现在展开成了printf("n" "sub_z" "=%d, or %d\n",nsub_z,alt[26])，所有参数都替换完了，这时编译器会再扫描一遍，再找出可以展开的宏定义来展开，假设nsub_z或alt是变量式宏定义，这时会进一步展开。

再举一个例子：

#define x 3
#define f(a) f(x * (a))
#undef x
#define x 2
#define g f
#define t(a) a

t(t(g)(0) + t)(1);

展开的步骤是：

1. 先把g展开成f再替换到#define t(a) a中，得到t(f(0) + t)(1);。

2. 根据#define f(a) f(x * (a))，得到t(f(x * (0)) + t)(1);。

3. 把x替换成2，得到t(f(2 * (0)) + t)(1);。注意，一开始定义x为3，但是后来用#undef x取消了x的定义，又重新定义x为2。当处理到t(t(g)(0) + t)(1);这一行代码时x已经定义成2了，所以用2来替换。还要注意一点，现在得到的t(f(2 * (0)) + t)(1);中仍然有f，但不能再次根据#define f(a) f(x * (a))展开了，f(2 * (0))就是由展开f(0)得到的，这里面再遇到f就不展开了，这样规定可以避免无穷展开（类似于无穷递归），因此我们可以放心地使用递归定义，例如#define a a[0]，#define a a.member等。

4. 根据#define t(a) a，最终展开成f(2 * (0)) + t(1);。这时不能再展开t(1)了，因为这里的t就是由展开t(f(2 * (0)) + t)得到的，所以不能再展开了。