C之函数与宏（四十）

        在 C 语言中，我们经常会遇到函数和宏，那么我们今天就来分析下函数与宏。

        我们先来看看函数与宏有什么区别：a> 宏是由预处理期直接替换展开的，编译器不知道宏的存在；b> 函数是由编译器直接编译的实体，调用行为由编译器决定；c> 多次使用宏会导致最终可执行程序的体积增大；d> 函数是跳转执行的，内存中只有一份函数体存在；e> 宏的效率比函数要高，因为是直接展开，没有调用开销；f> 函数调用时会创建活动记录，效率不如宏。

下来我们以代码为例进行分析，代码如下

#include <stdio.h>

#define RESET(p, len)          \
    while( len > 0 )           \
        ((char*)p)[--len] = 0

void reset(void* p, int len)
{
    while( len > 0 ) 
        ((char*)p)[--len] = 0;
}

int main()
{
    int array[] = {1, 2, 3, 4, 5};
    int len = sizeof(array);
    int i = 0;
    
    RESET(array, len);
         
    //reset(array, len);
    
    for(i=0; i<5; i++)
    {
        printf("array[%d] = %d\n", i, array[i]);
    }
    
    return 0;
}

        我们先来看看这份程序，它是分别利用宏和函数来实现 reset 功能。我们先来用宏来实现，注释掉第 21 行。编译后结果如下

        我们再来注释掉第19行，用函数来实现看看

        那么我们看到两个编译结果是一样的，如果我们将宏调用和函数调用中的 array 写成了 整数 6 呢？宏调用是不会报错的，因为它是直接的文本替换，而函数调用会提示。所以在宏和函数都能完成的前提下，我们尽量使用函数来完成。因为编译器会自动的检查函数是否正确，尽量保证 我们的程序最高的安全性。我们来看看编译效果

        我们看到直接编译宏的时候，它没报错，但是运行的时候直接发生段错误。但是在编译函数时，它报了一个警告。因为我们直接改变的是低地址处，属于内核处，直接改变的话会导致段错误。由此看来，在相同的情况下，我们最好使用函数，安全性较高。

        宏的效率比函数稍高，但是其副作用巨大；宏是文本替换，参数无法进行类型检查；可以用函数完成的功能绝对不用宏；宏的定义中不能出现递归定义；

        下来我们再以一个示例代码看看宏的副作用

#include <stdio.h>
 
#define _ADD_(a, b) a + b
#define _MUL_(a, b) a * b
#define _MIN_(a, b) ((a) < (b) ? (a) : (b))
 
int main()
{
    int i = 1;
    int j = 10;
    
    printf("%d\n", _MUL_(_ADD_(1, 2), _ADD_(3, 4)));
    printf("%d\n", _MIN_(i++, j));
    
    return 0;
}

        我们来分析下这个代码，第12行应该是 (1+2) * (3+4) = 21；第13行应该是 1 < 10 ? 1 : 10；应该是1。我们来看下编译结果

        我们看到程序打印出的是 11 和 2，和我们分析的不一致。我们再来单步编译下，看看编译器处理成什么样了

        那么我们看到这样的处理，那个结果也就不奇怪了。这便是宏的副作用，既然宏的副总用这么大，我们为何还要使用宏呢？宏的妙用在于它可以生成一些常规性的代码，封装函数可加上类型信息。我们再以下面的示例代码进行分析

#include <stdio.h>
#include <malloc.h>
 
#define MALLOC(type, x)   (type*)malloc(sizeof(type)*x)
#define FREE(p)           (free(p), p=NULL)
 
#define LOG_INT(i)        printf("%s = %d\n", #i, i)
#define LOG_CHAR(c)       printf("%s = %c\n", #c, c)
#define LOG_FLOAT(f)      printf("%s = %f\n", #f, f)
#define LOG_POINTER(p)    printf("%s = %p\n", #p, p)
#define LOG_STRING(s)     printf("%s = %s\n", #s, s)
 
#define FOREACH(i, n)     while(1) { int i = 0, l = n; for(i=0; i < l; i++)
#define BEGIN             {
#define END               } break; } 
 
int main()
{
    int* pi = MALLOC(int, 5);
    char* str = "hello, world";
    
    LOG_STRING(str);
    
    LOG_POINTER(pi);
    
    FOREACH(k, 5)
    BEGIN
        pi[k] = k + 1;
    END
    
    FOREACH(n, 5)
    BEGIN
        int value = pi[n];
        LOG_INT(value);
    END
    
    FREE(pi);
    
    LOG_POINTER(pi);
    
    return 0;
}

        我们在第 4 行用宏定义实现了申请指定大小带类型的空间，接着在第 5 行实现了删除指针并指向空的操作。这样的操作是在函数中所不能实现的，接着下面几行是分别打印他们的值。第 13 行之后便是实现了打印一个 for 循环。我们在 main 函数中，第 19 行申请了 5 个 int 类型大小的空间，第 22 行应该打印出 hello, world，第 24 行打印出它的地址，接着给之前申请的堆空间赋值。再将他们的值赋值给 value，第 37 行释放指针 pi，最后打印指针的值便会是 NULL 了。我们来看看编译结果

        我们看到确实如我们所分析的那样。通过对宏和函数的学习，总结如下：1、宏和函数并不是竞争对手；2、宏能接受任何类型的参数，效率高，但易出错；3、函数的参数必须是固定类型，效率稍低，但安全性高；4、宏可以实现函数不能实现的功能。