【为宏正名】99%人都不知道的"##"里用法
本帖最后由 GorgonMeducer 于 2020-7-22 05:36 编辑【说在前面的话】有人说C语言中最臭名昭著的两兄弟就是指针和宏了。对于前者，很多有经验的老鸟会告诉你：用好了指针你就掌握了C语言的内功心法——如同原力一样，无论是追随光明还是堕入黑暗都离不开它。宏就没这么幸运了，不光年年受到邪恶的混乱C语言大赛的肆意霸凌（https://www.ioccc.org/），更是让“让代码爹妈都不认识”的身份标签贴到了骨头上——怎一个惨字了得。
这个系列将本着实用的原则介绍一些宏在模块封装中“点石成金”的用法，让大家正确认识到宏真实的作用和使用规则——真真正正还“宏”一个公道。
【"##"的“表”用法】
想必很多人都知道"##"的用法——它本质上是一个“胶水运算”，用于把参数宏中的“形参”与其它没有天然分割的内容粘连在一起，例如：
#define def_u32_array(__name, __size) \
uint32_t array_##__name实际中，我们可以这样使用：
def_u32_array(sample_buffer, 64)宏展开的效果是：
uint32_t array_sample_buffer;可以看到，"array__"与形参“__name”是没有天然分割的，因此要想将"array_"与"__name"所代表的内容（而不是__name本身）粘连在一起，就需要“##”运算的帮助。另一方面，"__name"与"["是具有天然分隔的——编译器不会认为"__name"与"["是连接在一起的，因此这里并不需要画蛇添足的使用"##"运算——如果你这么做了，预编译器会毫不犹豫的告诉你语法错误。——这是"##"运算的普通用法，在过去转载的文章《C语言#和##连接符在项目中的应用(漂亮)》中也有详细介绍，这里就不再赘述。
【"##"的官方“里”用法】
“##”还有一个很少为人所知的“里”用法，在介绍它之前，不得不首先说说由ANSI-C99标准引入的另外一个参数宏扩展——可变参数宏。举个例子：
#define safe_atom_code(...) \
{ \
uint32_t int_flag = __disable_irq(); \
__VA_ARGS__ \
__set_PRIMASK(int_flag); \
}这里定义了一个宏"safe_atom_code()"，在括号内，无论你填写任何内容，都会被无条件的放置到“__VA_ARGS__”所在的位置，你可以认为括号里的“...”实际上就是对应"__VA_ARGS__"。比如，我们可以写下这样的代码：
/**\fn void wr_dat (uint16_t dat)
\brief Write data to the LCD controller
\param datData to write
*/
static __inline void wr_dat (uint_fast16_t dat) {
safe_atom_code(
LCD_CS(0);
GLCD_PORT->DAT = (dat >> 8);
/* Write D8..D15 */
GLCD_PORT->DAT = (dat & 0xFF);
/* Write D0..D7 */
LCD_CS(1);
)
}这个代码确保在向寄存器GCLD_PORT->DAT写入数据时不会被其它中断打断。
聪明的你也许很快就会提出这样的问题，上述宏跟下面的写法有什么区别呢？
#define safe_atom_code(__CODE) \
{ \
uint32_t int_flag = __disable_irq(); \
__CODE \
__set_PRIMASK(int_flag); \
}
你不仅提出了问题，甚至还实际测试了下，似乎完全等效，“根本没差别嘛！”——你惊呼道。然而，事实上并没有那么简单：
参数宏是通过“,”来作为分隔符来计算用户实际产传入了几个参数的，或者换句话说，在使用参数宏的时候，预编译器是看不懂C语法的——在它眼中，除了它所认识的少数符号外，其它东西都是无意义的字符串——由于在处理括号内部的内容时，它只认识","和"..."，因此当括号中的内容每增加一个","，与编译器就认为多了一个参数。当你使用参数宏的时候，传入参数的个数（已“,”分开）必须与定义参数宏时候形参的数量完全一致；当不一致的时候，预编译器可能不会报错，而是直接无视了你的参数宏——把它传递到编译的下一阶段，因而往往会被认作是一个函数——事实上这个函数是不存在的，因此在链接阶段会报告某某函数未定义的错误。这时候你就会纳闷了，为啥我明明定义的是一个宏，编译器却把它当作函数呢？
可变参数宏的引入就解决了这个问题：
[*]"..."只能放在参数宏形参列表的最后；
[*]当用户的参数个数超过了规定的参数个数时，所有多出来的内容会一股脑的由“__VA_ARGS__”所背负；
[*]当用户的参数个数正好等于形参的个数时，"__VA_ARGS__"就等效于一个空字符串
回头再来看前面的问题，
#define safe_atom_code(...)与
#define safe_atom_code(__CODE)的差别在于，前者括号里可以放包括","在内的几乎任意内容；而后者则完全不能容忍逗号的存在——比如你调用了一个函数，函数的参数要用到都好隔开吧？再比如，你用到了逗号表达式……——想想都很酸爽。
其实，可变参数列表最初诞生的原因之一是为了解决与C函数的可变参数（va_args）配合使用的问题，例如：
#define log_info(__STRING, ...) printf(__STRING, __VA_ARGS__)因此，使用的时候，我们可以这样写：
log_info("------------------------------------\r\n");
log_info(" Cycle Count : %d", total_cycle_cnt);宏展开后实际上对应于：
printf("------------------------------------\r\n",);
printf(" Cycle Count : %d", total_cycle_cnt);看似没有问题，注意到一个细节没有？在第一个printf()的最后多了一个","。虽然有些编译器，例如GCC并不会计较（也许就是一个warning），但对于广大洁癖严重的处女座程序员来说，这怎么能忍，于是在ANSI-C99标准引入可变参数宏的时候，又贴心了加了一个不那么起眼的语法：当下面的组合出现时 ",##__VA_ARGS__"，如果__VA_ARGS__是一个空字符串，则前面的","会一并被删除掉。因此，上面的宏可以改写为：
#define log_info(__STRING, ...) printf(__STRING,##__VA_ARGS__)此时，前面的代码会被展开为：
printf("------------------------------------\r\n");
printf(" Cycle Count : %d", total_cycle_cnt);处女座表示，这次可以安心睡觉了。
如果说这就是99%的C程序员都不知道的"##"隐藏用法，未免太对不起观众了，实际上本文的正片才刚刚开始。
【正文："##"的骚操作】
逗号表达式，一直关注公众号的朋友们想必都很熟悉——之前转载的文章《【C进阶】听说用 “ 逗号表达式 ” 仅仅为了秀技？》已经说的非常详细了，这里就不再赘述。简单说，就是逗号表达式中，逗号的最右边将作为表达式真正的返回值。
结合前面关于",##__VA_ARGS__"用法的介绍，你们有没有意识到，其实这里的逗号不光可以是参数列表的分隔符，还可以是逗号表达式的运算符。结合__VA_ARGS__的特性，我们可以写出类似这样的宏：
#define EXAMPLE(...) ( 默认值 ,##__VA_ARGS__)它有两种使用情况情况：
当我们使用参数宏的时候在括号里不填写任何内容，最终会展开为仅有默认值的情况：
EXAMPLE();被展开为：
( 默认值 )当我们提供了任意的有效值时，则会被展开成逗号表达式：
EXAMPLE(我们提供的值);被展开为：
( 默认值, 我们提供的值 )根据逗号表达式的特性，此时，默认值会被丢弃掉（有些编译器会报告表达式无效的warning，这是正常的，因为编译器注意到“默认值”所代表的表达式实际上被丢弃了，它觉得我们写了一个无用的表达式）。
这个技巧其实对API的封装特别有效：它允许我们简化函数API的使用，比如在用户忽略的情况下，自动给函数填充某些默认值，而在用户主动提供参数的情况下，替代那些默认值。这里我举两个现实中的例子：
[*]为函数提供默认的参数
假设我们有一个初始化函数，初始化函数允许用户通过结构体来配置一些参数：typedef struct xxxx_cfg_t {
...
} xxxx_cfg_t;
int xxxx_init(xxxx_cfg_t *cfg_ptr);为了简化用户的配置过程，初始化函数会检查指针cfg_ptr是否为NULL，如果为NULL则自动使用默认配置，反之将使用用户定义的配置。此时，我们可以通过宏来提供默认值NULL：
#define XXXX_INIT(...) xxxx_init((NULL,##__VA_ARGS__))
[*]为消息处理提供默认的掩码配置
有些消息处理函数可以批量的处理某一类消息，而具体选中了哪些消息类别，则通常由二进制掩码来表示，例如：typedef struct msg_t msg_t;
struct {
uint16_t msg;
uint16_t msk;
int (*handler)(msg_t *msg_ptr);
} msg_t;此时我们完全可以借助宏来构建一套语法糖：
#define def_msg_map(__name, ...) \
const msg_t __name[] = {__VA_ARGS__};
#define add_msg(__msg, __handler, ...) \
{ \
.msg = (__msg), \
.handler = &(__handler), \
.msk = (0xFFFF, ##__VA_ARGS__), \
}通过宏 add_msg 我们注意到，当用户刻意省略设置msk时，我们就给出默认值 0xFFFF——这很可能表示，在进行消息处理的时候，消息必须严格匹配才能交给对应的处理函数；当用户指定 msk 时，则可能表示某一类消息都交给同一个消息处理函数来处理。例如：
/*! \note 高字节表示操作的类别:
比如0x00表示控制类，0x01表示WRITE，0x02表示READ
*/
enum {
SIGN_UP = 0x0001,
WRITE_MEM = 0x0100,
WRITE_SRAM = 0x0101,
WRITE_FLASH= 0x0102,
WRITE_EEPROM = 0x0103,
READ_MEM = 0x0200,
READ_SRAM = 0x0201,
READ_FLASH = 0x0202,
READ_EEPROM= 0x0203,
};
extern int iap_sign_up_handler(msg_t *msg_ptr);
extern int iap_write_mem(msg_t *msg_ptr);
extern int iap_read_mem(msg_t *msg_ptr);
def_msg_map( iap_message_map,
/* 严格的将 SIGN_UP 映射到 对应的处理函数中 */
add_msg( SIGN_UP, iap_sign_up_handler ),
/* 批量处理所有的WRITE操作，使用掩码进行过滤*/
add_msg( WRITE_MEM, iap_write_mem, 0xFF00 ),
/* 批量处理所有的READ操作，使用掩码进行过滤 */
add_msg( READ_MEM,iap_read_mem, 0xFF00 ),
)
【结语】
宏不是阻碍代码开发和可读性的魔鬼，对自己不熟悉知识的傲慢才是。
干货创作不易，如果你觉得我的文章对你有所帮助，还请打赏、点赞、收藏和三连。
#if (ANA_PRINTF==0)
#define Printf(format,...) printf(""format"", ##__VA_ARGS__)
#else
#define Printf(format,...) AnalogPrintf(""format"", ##__VA_ARGS__)
#endif
楼主讲的很细，很棒。。。就是排版看的好累{:3_57:} Hankin 发表于 2020-7-15 14:52
楼主讲的很细，很棒。。。就是排版看的好累
是从公众号文章导入进来的……公众号文章本身没有这个问题。 过来学习学习:lol 简单清理了下格式 之前一直这个搞的发蒙。顶一个 大神就是大神，顶礼膜拜
页:
[1]