20. #define

原则

  • 对于单纯常量，最好以 const 对象或 enum 替换 #define。

  • 对于形似函数的宏（macros），最好改用 inline 函数替换 #define。

20.1. const

“宁可以编译器替换 预编译器 ”。

#define ASPECT_RATIO 1.653

const double AspectRation = 1.653;

也许名称 ASPECT_RATIO 从未被编译器看见，也许在编译器开始处理源码之前它已经被预处理器移走了。于是，记号名称 ASPECT_RATIO 可能没有进入记号表（symbol table）内。当运用此常量获得编译错误时，这个错误也许会提到 1.653 而不是 ASPECT_RATIO ，导致对其追踪 变得困难。

作为一个语言常量， AspectRation 一定会被编译器看到并记入记号表。

此外，对浮点常量而言，使用常量可能比使用 #define 导致较小的代码量，因为预处理器将宏名称 ASPECT_RATIO 替换为 1.653 ，可能导致 目标码（object code）出现多份 1.653 ，使用常量则不会。

还可以在类内声明 static const 成员。

1class Player
2{
3private:
4  static const int NumTurns = 5; // 常量声明（不是定义）
5  int scores[NumTurns]; // 使用该常量
6}

20.2. enum

如果编译器不允许 static 成员在声明式上获得初始值，一方面，可以在头文件定义类，在源文件中初始化它；另一方面，如果该类在编译期间 必须使用一个常量值，例如上例中数组 scores 的大小必须在编译期间知道，此时可以使用 enum。一个属于枚举类型的数值可以权当 int 被使用。

1class Player
2{
3private:
4  enum {NumTurns = 5}; // NumTurns 成为数值 5 的一个记号。
5  int scores[NumTurns]; // 使用该常量
6}

Note

enum 的行为类似于 #define，取一个 enum 的地址或 #define 的地址通常不合法，而取一个 const 的地址是合法的。

20.3. inline

使用宏（macros）不会有函数调用带来的额外开销。宏中的所有实参必须添加括号，但是仍然可能出现问题。

此时，可以定义内联函数（inline），它与普通函数一样遵守作用域（scope）和访问规则。内联函数的特点：

  • 在调用处直接展开该函数的内容

  • 运行速度快，但占用更多内存

  • 适用于规模小、流程直接（无递归和众多判断）、频繁调用的函数

普通函数的调用：

  1. 执行到函数调用指令时，程序将立即存储该指令的内存地址，并将函数参数复制到栈（为此保留的内存块）；

  2. 跳到标记函数起点的内存单元，执行函数代码（也许还需将返回值放入寄存器中）；

  3. 然后跳回到地址被保存的指令处。

 1#include <iostream>
 2using namespace std;
 3
 4#define CALL_WITH_MAX(a, b) f((a)>(b)? (a):(b))
 5
 6#define MAX_COMP_1(a, b) (a)>(b)? (a):(b)
 7
 8#define MAX_COMP_2(a, b) ((a)>(b)? (a):(b)) // 有外层括号
 9
10template<class T>
11void f(T elem)
12{
13  cout << "max out: " <<  elem << endl;
14}
15
16template<class T>
17inline void CallWithMax(const T& a, const T& b) // 形参使用常量引用，因为不知道 T 的具体类型，比较安全
18{
19  f(a > b ? a : b);
20}
21
22int main(int argc, char** argv)
23{
24  int a = 5, b = 0;
25  CALL_WITH_MAX(++a, b); // a 自增2次，变为7（++a > b => ++a）
26  cout << a << endl;
27  CALL_WITH_MAX(++a, b+10); // a 自增1次，变为8（++a < b+10 => b）
28  cout << a << endl;
29
30  f(-10 + MAX_COMP_1(a, b)); // -10 + a > b ? a : b; 结果为 0
31  f(-10 + MAX_COMP_2(a, b));// -10 + (a > b ? a : b); 结果为 -10 + 8 = -2
32
33  CallWithMax(a, b); // 8
34
35  return 0;
36}

20.4. 附：C/C++ 编译过程（简）

编译过程 ：

1.（分离式）编译 ：每个文件独立编译

  1. 预处理：处理伪指令（#开头）和特殊符号。

  • 宏定义：#define，#undef

  • 条件编译：#ifdef，#ifndef，#endif

  • 头文件包含：#include

  • 特殊符号：__LINE__，__FILE__

  1. 编译：词法分析、语法分析，确认所有指令符合语法规则，将其翻译成等价的中间代码表示或汇编代码。

  2. 汇编：把汇编代码翻译成目标机器指令，得到目标文件（obj）。

2. 链接 ：将相关的目标文件进行连接（头文件包含关系、符号引用等），使这些目标文件能够成为一个被执行的同一整体。

20.5. 参考资料

  1. 《Effective C++》条款02。

  2. 《C++ Primer 第5版 中文版》 Page 213–214。

  3. C++内联函数详解