C/C++语言宏定义函数封装小妙招！

宏函数的定义可以包含参数，在宏的替换文本中使用这些参数来生成具体的代码。宏函数的参数在宏调用时被传递，并在宏替换时被展开。

宏函数是一种在编程语言中定义的宏，用于在源代码中进行文本替换。宏函数可以在编译时展开，将宏的调用处替换为宏函数定义中的文本。宏函数的定义通常以#define关键字开始，后面跟着宏的名称和宏的替换文本。

宏函数的定义可以包含参数，在宏的替换文本中使用这些参数来生成具体的代码。宏函数的参数在宏调用时被传递，并在宏替换时被展开。

1. 函数宏介绍

函数宏，即包含多条语句的宏定义，其通常为某一被频繁调用的功能的语句封装，且不想通过函数方式封装来降低额外的弹栈压栈开销。

函数宏本质上为宏，可以直接进行定义，例如：

#define INT_SWAP(a,b) \
    int tmp = a;    \
    a = b;          \
    b = tmp

但上述的宏具有一个明显的缺点：当遇到if、while等语句且不使用花括号仅调用宏时，实际作用范围在宏的第一个分号后便结束。即a = b和b = tmp均不受控制语句所作用。

因此，在工程中，一般使用三种方式来对函数宏进行封装，分别为{}、do{...}while(0)和({})。下文将一一对三种方式进行分析，比较各自的优劣点。

2. {} 方式

INT_SWAP宏使用{}封装后形态如下：

#define INT_SWAP(a,b)\
{                   \
    int tmp = a;    \
    a = b;          \
    b = tmp;        \
}

此时，直接调用与在无花括号的控制语句（如if、while）中调用均能正常运行，例如：

#define INT_SWAP(a,b) \
{                   \
    int tmp = a;    \
    a = b;          \
    b = tmp;        \
}

int main()
{
 int var_a = 1;
 int var_b = 2;

 INT_SWAP(var_a, var_b);
 printf("var_a = %d, var_b = %d\n", var_a, var_b);   // var_a = 2, var_b = 1
 
 if (1)
    INT_SWAP(var_a, var_b);
 printf("var_a = %d, var_b = %d\n", var_a, var_b);   // var_a = 1, var_b = 2
}

但当无花括号的if语句存在其他分支（else if、else等）如：

if (1)
   INT_SWAP(var_a, var_b);
else
 printf("hello world!\n");

会发现编译出错：

...
/mnt/hgfs/share/pr_c/src/main.c: In function ‘main’:
/mnt/hgfs/share/pr_c/src/main.c:18:2: error: ‘else’ without a previous ‘if’
  else

这是因为INT_SWAP(var_a, var_b);最后的;已经把if的作用域终结了，后续的else当然没有找到与之匹配的if了。

因此，解决方法有两种，分别为不使用;（port.1）或规定必须使用带花括号的if（port.2），例如：

/* port.1 */
if (1)
   INT_SWAP(var_a, var_b)
else
{
    printf("hello world!\n");
}

/* port.2 */
if (1)
{
   INT_SWAP(var_a, var_b);
}
else
{
    printf("hello world!\n");
}

可见，不使用;的调用方式无论从程序阅读还是使用方法方面都是十分别扭的；而规定必须使用带花括号的if的调用方式有违常理的，因为宏函数应该适用于任何语法。

优缺点总结：

• 优点：简单粗暴。
• 缺点：不能在无花括号且有分支的if语句中直接调用；能够不带;直接调用。

3. do{...}while(0) 方式

INT_SWAP宏使用do{...}while(0)封装后形态如下：

#define INT_SWAP(a,b)   \
do{                     \
    int tmp = a;        \
    a = b;              \
    b = tmp;            \
}while(0)

do{...}while(0)表示只执行一遍{}内的语句，表象来说与{}的功能是一致的。不同的是，do{...}while(0)可以提前退出函数宏、整合为一条语句与强制调用时必须使用;。

由于do{...}while(0)实际为 while 循环，因此可以使用关键字break提前结束循环。利用该特性，可以为函数宏添加参数检测。例如：

#define INT_SWAP(a,b)  \
do{                 \
 if (a < 0 || b < 0) \
  break;   \
    int tmp = a;     \
    a = b;           \
    b = tmp;         \
}while(0)

由于do{...}while(0);实际为一种语法，编译器会把do{...}while(0);认为为一条语句。因此，do{...}while(0)方式的函数宏可以在无花括号且有分支的if语句中直接调用。例如：

#define INT_SWAP(a,b)  \
do{                 \
 if (a < 0 || b < 0) \
  break;   \
    int tmp = a;     \
    a = b;           \
    b = tmp;         \
}while(0)

int main()
{
 int var_a = 1;
 int var_b = 2;

 if (1)
    INT_SWAP(var_a, var_b);
 else
  printf("hello world!\n"); 
 printf("var_a = %d, var_b = %d\n", var_a, var_b); // var_a = 2, var_b = 1

 return 0;
}

C 语言规定，do{...}while(0)语法必须使用;作为语句结尾。因此不可能存在以下语句的程序出现：

if (1)
   INT_SWAP(var_a, var_b)
else
{
 printf("hello world!\n"); 
}

优缺点总结：

• 优点：支持在无花括号且有分支的if语句中直接调用；支持提前退出函数宏；强制调用时必须使用;。
• 缺点：无返回值，不能作为表达式的右值使用。

4. ({}) 方式

({})为 GNU C 扩展的语法，非 C 语言的原生语法。

INT_SWAP宏使用({})封装后形态如下：

#define INT_SWAP(a,b)   \
({                      \
    int tmp = a;        \
    a = b;              \
    b = tmp;            \
})

与do{...}while(0)相同，({})支持在无花括号且有分支的if语句中直接调用。例如：

#define INT_SWAP(a,b)  \
({                 \
 int tmp = a;    \
 a = b;          \
 b = tmp;        \
})

int main()
{
 int var_a = 1;
 int var_b = 2;
 
 if (1)
    INT_SWAP(var_a, var_b);
 else
  printf("hello world!\n");
 printf("var_a = %d, var_b = %d\n", var_a, var_b); // var_a = 2, var_b = 1
 
 return 0;
}

与do{...}while(0)不同的是，({})不能提前退出函数宏与支持返回值。({})毕竟不是 while 循环，不能直接使用break退出函数宏是比较容易理解。那支持返回值是什么意思呢？

答案是 C 语言规定({})中的最后一条语句的结果为该双括号体的返回值。例如：

int main()
{
 int a = ({
  10;
  1000;
 });
 printf("a = %d\n", a);      // a = 1000
}

因此，({})可以为函数宏提供返回值。例如：

#define INT_SWAP(a,b)  \
({                 \
 int ret = 0;  \
 if (a < 0 || b < 0) \
 {     \
  ret = -1;  \
 }     \
 else    \
 {     \
  int tmp = a;    \
  a = b;          \
  b = tmp;        \
 }     \
 ret;    \
})

int main()
{
 int var_a = 1;
 int var_b = 2;
 
 if (INT_SWAP(var_a, var_b) != -1)
  printf("swap success !!\n");     // swap success !!
 else
  printf("swap fail !!\n"); 
 printf("var_a = %d, var_b = %d\n", var_a, var_b); // var_a = 2, var_b = 1
 
 return 0;
}

可见，此时的INT_SWAP宏已与函数十分接近。

优缺点总结：

• 优点：支持在无花括号且有分支的if语句中直接调用；有返回值，支持作为表达式的右值。
• 缺点：不支持提前退出函数宏；非 C 的原生语法，编译器可能不支持。

5. 总结

综上，在{}、do{...}while(0)和({})这三种函数宏的封装方式之中，应尽可能不使用{}，考虑兼容性一般选择使用do{...}while(0)，当需要函数宏返回时可以考虑使用({})或直接定义函数。