C语言 宏的高级用法

字符串转换符

使用#运算符可以将宏参数替换为一个字符串，并用双引号括起来，例如：

#define PRINT_STR(x) printf("The string is: %s\n", #x)

int main() {
    PRINT_STR(Hello World);
    return 0;
}

在这个示例程序中，定义了一个宏PRINT_STR，它的参数x通过#运算符被转换为一个字符串，并被传递给printf函数进行输出。运行这个程序会输出：The string is: Hello World

字符串拼接

在C语言中，宏定义可以使用##运算符进行字符串拼接，称为连接运算符（Token Pasting Operator）。##运算符可以将两个标记（Token）连接成一个标记，从而实现字符串拼接的功能。例如：

#define CONCAT(x, y) x##y

int main() {
    int xy = 10;
    printf("%d\n", CONCAT(x, y));
    return 0;
}

在这个示例程序中，定义了一个宏CONCAT，它使用##运算符将两个参数x和y连接成一个标记。在main函数中定义了一个变量xy，并将连接后的标记xy作为参数传递给printf函数进行输出。输出结果是：10

变长参数宏

C语言中的变长参数宏（Variadic Macro）可以接受可变数量的参数。变长参数宏是通过使用特殊的预处理符号__VA_ARGS__来实现的，它表示可变参数的列表。下面是一个简单的示例，展示了如何使用变长参数宏：

#include <stdio.h>

#define PRINTF(...) printf(__VA_ARGS__)

int main() {
    int x = 10;
    char* str = "hello";
    PRINTF("x = %d, str = %s\n", x, str);
    return 0;
}

在这个示例程序中，定义了一个宏PRINTF，它使用printf函数打印可变数量的参数。使用__VA_ARGS__表示可变参数的列表。在main函数中，PRINTF宏被调用，传递了三个参数，包括一个整数和一个字符串。输出结果是：x = 10, str = hello

宏：取最大值

一种方式：#define MAX(a, b) ((a) > (b) ? (a) : (b))
这种方式需要注意参数如果有自增运算，需要在传参的时候加括号，否则自增运算会重复两次。
正确调用方法如：z = MAX((x++), (y++));

使用下面一种方式可以避免此类问题

#define MAX(a, b) ({ \
    typeof(a) _a = (a); \
    typeof(b) _b = (b); \
    (void)(&_a == &_b); \
    _a > _b ? _a : _b; \
})

typeof是GNU C编译器内置的一种类型描述符，用于表示表达式的类型。在编译时，编译器会根据typeof(x)对象的类型生成一个类型的值，并将其插入到代码中。

比较难理解的是(void)(&_a == &_b);，看起来很多余，仔细分析一下，你会发现这条语句很有意思。它的作用有两个：

用来给用户提示一个警告，对于不同类型的指针比较，编译器会发出一个警告，提示两种数据的类型不同。warning: comparison of distinct pointer types lacks a cast.
两个数进行比较运算，运算的结果却没有用到，有些编译器可能会给出一个warning，加一个(void)后，就可以消除这个警告。

宏：offsetof

offsetof是一个宏，用于获取结构体中成员的偏移量。实现是使用指针运算来计算结构体成员的偏移量。具体实现：

1	#define offsetof(type, member) ((size_t) &((type *)0)->member)

其中，type表示结构体类型，member表示结构体成员。在宏展开时，(type *)0将一个空指针强制转换为结构体指针类型，然后通过指针运算获取成员的地址。由于空指针的地址为0，因此可以确保这个地址不会指向任何实际的内存位置，避免了访问非法内存的风险。最后，将成员的地址转换为size_t类型的偏移量，并返回。

需要注意的是，offsetof宏只能用于标准布局的结构体，即结构体中的成员按照其定义顺序依次存储，没有嵌套、位域、虚函数等。对于非标准布局的结构体，offsetof可能无法正确计算成员的偏移量。

宏：container_of

container_of是一个宏，用于从结构体的成员指针计算出结构体的地址。其实现通常基于offsetof宏和指针运算。实现如下：

1 2	#define container_of(ptr, type, member) \ ((type )((char )(ptr) - offsetof(type, member)))

其中，ptr表示结构体成员的指针，type表示结构体类型，member表示结构体成员名。offsetof(type, member)用于计算结构体成员在结构体中的偏移量，(char *)(ptr)将成员指针转换为char类型指针，以便进行指针运算。通过成员指针的地址减去成员在结构体中的偏移量，可以得到结构体的地址。最后，将地址转换为type类型的指针，并返回。

container_of宏常用于实现Linux内核中的数据结构，如链表、哈希表等。它可以方便地从链表节点或哈希桶中获取对应的数据结构。

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