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C語言冷知識之預處理字符串操作符詳解_C 語言

作者：englyf ? 更新時間： 2022-12-11 編程語言

當年學習C語言的第一門課就提到過標記(Token)的概念，不過，相信在多年之后你再次聽到這個術語時會一臉懵逼，比如我。

因此特地翻了翻資料，整理下來這些筆記。

在C語言中什么是標記

標記是編程語言處理的基本單元，也叫最小劃分元素，比如關鍵字、操作符、變量名、函數名、字符串、數值等等。

下面舉例說明一下：

printf("hello world!");

對上面的語句進行標記劃分，可分為5個標記，如下：

printf              // 函數名
(                   // 左小括號操作符
"hello world!"      // 字符串
)                   // 右小括號操作符
;                   // 分號

預處理字符串操作符

在C語言中，預處理字符串操作符有兩個，#和##。

#字符串化操作符

用途是，將標記(Token)轉成字符串。

Syntax:

#define TOKEN_NAME(param) #param

Basic Usage:

#include <stdio.h>

#define MACRO_NAME(param)  #param

int main()
{
    printf(MACRO_NAME(hello world));

    return 0;
}

Output:

hello world

在項目實踐中，用宏定義的值的同時也需要將宏名轉成字符串使用，對日志的輸出尤其管用。

Best Practice:

#include <stdio.h>

#define NAME(param)  #param

#define LEN_MAX     10

int main()
{
    int array[LEN_MAX] = {0};
    int index = 10;
    if (index >= LEN_MAX) {
        printf("error: %s:%d is over %s:%d\n", NAME(index), index, NAME(LEN_MAX), LEN_MAX);
    } else {
        printf("read %s[%d]=%d\n", NAME(array), index, array[index]);
    }

    return 0;
}

Output:

error: index:15 is over LEN_MAX:10

如果修改如下：

int index = 9;

Output:

read array[9]=0

##標記(Token)連接操作符

用途是，將##前后的標記(Token)串接成新的單一標記。

syntax：

#define TOKEN_CONCATENATE(param1, param2) param1##param

Basic Usage:

#include <stdio.h>

#define TOKEN_CONCATENATE(param1, param2) param1##param2

int main()
{
    printf("%d\n", TOKEN_CONCATENATE(12, 34));

    return 0;
}

Output:

1234

通常，編碼實踐中，代碼中會出現一些書寫看上去雷同的片段，極其啰嗦冗余。為了壓縮源碼篇幅，可以參考代碼生成器的思想，在預編譯階段用宏定義代碼片段展開替換，同時根據輸入的參數用##組合各種標記。

假設有個需求是聲明定義一組同一類型的結構體的變量，并初始化其內部成員。既然聲明定義的這些變量屬于同一類型的結構體，那么按照直接編碼的方式，就會有多次重復的代碼片段出現，里邊包括了聲明定義語句，以及初始化各個成員的語句，不同的只是變量名或者參數而已。

舉個栗子，下面基于同一類型的結構體，聲明定義兩個變量，并初始化，看代碼

#include <stdio.h>
#include <string.h>

#define NAME(param)     #param

typedef struct {
    char *data;
    int   data_size;  /* number of byte real */
    int   max_size;   /* maximnm data size.*/
} my_type;

#define my_type_create(name, size) \
    char name ## _ ## data[size] = {0}; \
    my_type name; \
    memset(&name, 0x00, sizeof(name)); \
    name.data = name ## _ ## data; \
    name.max_size = size; \
    printf("variable name=%s\nmember data=%s, data_size=%d, max_size=%d\n", \
            NAME(name), NAME(name ## _ ## data), name.data_size, name.max_size); \

int main() {
    my_type_create(var1, 10)
    my_type_create(var2, 20)
}

上面的代碼中，定義了宏my_type_create，內部實現了結構體變量的聲明定義，以及內部成員的初始化。如果按照直接編碼的方式，代碼量相對于上面的代碼量會虛增n-1倍，n=變量的個數。

在main函數中，調用宏的時候輸入參數var和10，那么在編譯預處理階段，根據輸入的參數，宏my_type_create會展開為以下的代碼段。

char var_data[10] = {0}; \
my_type var; \
memset(&var, 0x00, sizeof(var)); \
var.data = var_data; \
var.max_size = 10; \
printf("variable name=%s\nmember data=%s, data_size=%d, max_size=%d", \
        “var”, var_data, var.data_size, var.max_size); \

Output:

variable name=var1
member data=var1_data, data_size=0, max_size=10
variable name=var2
member data=var2_data, data_size=0, max_size=20

##還有個特殊的用途

在宏定義中，也支持用...代表可變參數。

#define MY_PRINT(fmt, ...) printf(fmt, __VA_ARGS__)

由于可變參數數目不確定，所以沒有具體的標記。于是為了引用可變參數，語言層面提供了可變宏(Variadic macros)__VA_ARGS__來引用它。

但是，在宏定義時，如果直接使用__VA_ARGS__來引用可變參數，一旦可變參數為空就會引起編譯器報錯，看看下面的例子

#include <stdio.h>

#define LOG_INFO(fmt, ...) printf("[I]" fmt "\n", __VA_ARGS__)

int main() {
  LOG_INFO("info...");
  LOG_INFO("%s, %s", "Hello", "world");
}

Output:

main.c: In function ‘main’:
main.c:3:62: error: expected expression before ‘)’ token
? ? 3 | #define LOG_INFO(fmt, ...) printf("[I]" fmt "\n", __VA_ARGS__)
? ? ? | ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?^
main.c:6:3: note: in expansion of macro ‘LOG_INFO’
? ? 6 | ? LOG_INFO("info...");
? ? ? | ? ^~~~~~~~

為了解決上面的問題，在__VA_ARGS__前面添加上##，這樣的目的是告訴預處理器，如果可變參數為空，那么前面緊跟者的逗號,在宏定義展開時會被清理掉。

原文鏈接：https://mp.weixin.qq.com/s/Xr2pFCJ4j0DZYo2PO6-KQg

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