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[導讀]【說在前面的話】有人說C語言中最臭名昭著的兩兄弟就是指針和宏了。對于前者，很多有經(jīng)驗的老鳥會告訴你：用好了指針你就掌握了C語言的內(nèi)功心法——如同原力一樣，無論是追隨光明還是墮入黑暗都離不開它。宏就沒這么幸運了，不光年年受到邪惡的混亂C語言大賽

【說在前面的話】

有人說C語言中最臭名昭著的兩兄弟就是指針和宏了。對于前者，很多有經(jīng)驗的老鳥會告訴你：用好了指針你就掌握了C語言的內(nèi)功心法——如同原力一樣，無論是追隨光明還是墮入黑暗都離不開它。宏就沒這么幸運了，不光年年受到邪惡的混亂C語言大賽的肆意霸凌（https://www.ioccc.org/），更是讓“讓代碼爹媽都不認識”的身份標簽貼到了骨頭上——怎一個慘字了得。

這個系列將 本著實用的原則介紹一些宏在模塊封裝中“點石成金”的用法，讓大家正確認識到宏真實的作用和使用規(guī)則——真真正正還“宏”一個公道。

【"##"的“表”用法】

想必很多人都知道"##"的用法——它本質(zhì)上是一個“膠水運算”，用于把參數(shù)宏中的“形參”與 其它沒有天然分割的內(nèi)容粘連在一起，例如：

#define def_u32_array(__name, __size)     uint32_t array_##__name[__size];

實際中，我們可以這樣使用：

def_u32_array(sample_buffer, 64)

宏展開的效果是：

uint32_t array_sample_buffer[64];

可以看到，"array__"與形參“__name”是沒有天然分割的，因此要想將"array_"與"__name"所代表的內(nèi)容（而不是__name本身）粘連在一起，就需要“##”運算的幫助。另一方面，"__name"與"["是具有天然分隔的——編譯器不會認為"__name"與"["是連接在一起的，因此這里并不需要畫蛇添足的使用"##"運算——如果你這么做了，預(yù)編譯器會毫不猶豫的告訴你語法錯誤?！@是"##"運算的普通用法，在過去轉(zhuǎn)載的文章《C語言#和##連接符在項目中的應(yīng)用(漂亮)》中也有詳細介紹，這里就不再贅述。

【"##"的官方“里”用法】

“##”還有一個很少為人所知的“里”用法，在介紹它之前，不得不首先說說由ANSI-C99標準引入的另外一個參數(shù)宏擴展——可變參數(shù)宏。舉個例子：

#define safe_atom_code(...) \        { \            uint32_t int_flag = __disable_irq(); \            __VA_ARGS__ \            __set_PRIMASK(int_flag); \        }

這里定義了一個宏"safe_atom_code()"，在括號內(nèi)，無論你填寫任何內(nèi)容，都會被無條件的放置到“__VA_ARGS__”所在的位置，你可以認為括號里的“...”實際上就是對應(yīng)"__VA_ARGS__"。比如，我們可以寫下這樣的代碼：

/** \fn void wr_dat (uint16_t dat) \brief Write data to the LCD controller \param[in] dat Data 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); )}

這個代碼確保在向寄存器GCLD_PORT->DAT寫入數(shù)據(jù)時不會被其它中斷打斷。

聰明的你也許很快就會提出這樣的問題，上述宏跟下面的寫法有什么區(qū)別呢？

#define safe_atom_code(__CODE) \        { \            uint32_t int_flag = __disable_irq(); \            __CODE \            __set_PRIMASK(int_flag); \        }

你不僅提出了問題，甚至還實際測試了下，似乎完全等效，“根本沒差別嘛！”——你驚呼道。然而，事實上并沒有那么簡單：

參數(shù)宏是通過“,”來作為分隔符來計算用戶實際產(chǎn)傳入了幾個參數(shù)的，或者換句話說，在使用參數(shù)宏的時候，預(yù)編譯器是看不懂C語法的——在它眼中，除了它所認識的少數(shù)符號外，其它東西都是無意義的字符串——由于在處理括號內(nèi)部的內(nèi)容時，它只認識","和"..."，因此當括號中的內(nèi)容每增加一個","，與編譯器就認為多了一個參數(shù)。
當你使用參數(shù)宏的時候，傳入?yún)?shù)的個數(shù)（已“,”分開）必須與定義參數(shù)宏時候形參的數(shù)量完全一致；當不一致的時候，預(yù)編譯器可能不會報錯，而是直接無視了你的參數(shù)宏——把它傳遞到編譯的下一階段，因而往往會被認作是一個函數(shù)——事實上這個函數(shù)是不存在的，因此在鏈接階段會報告某某函數(shù)未定義的錯誤。這時候你就會納悶了，為啥我明明定義的是一個宏，編譯器卻把它當作函數(shù)呢？

可變參數(shù)宏的引入就解決了這個問題：

"..."只能放在參數(shù)宏形參列表的最后；
當用戶的參數(shù)個數(shù)超過了規(guī)定的參數(shù)個數(shù)時，所有多出來的內(nèi)容會一股腦的由“__VA_ARGS__”所背負；
當用戶的參數(shù)個數(shù)正好等于形參的個數(shù)時，"__VA_ARGS__"就等效于一個空字符串

回頭再來看前面的問題，

#define safe_atom_code(...)

與

#define safe_atom_code(__CODE)

的差別在于，前者括號里可以放包括","在內(nèi)的幾乎任意內(nèi)容；而后者則完全不能容忍逗號的存在——比如你調(diào)用了一個函數(shù)，函數(shù)的參數(shù)要用到都好隔開吧？再比如，你用到了逗號表達式……——想想都很酸爽。

其實，可變參數(shù)列表最初誕生的原因之一是為了解決與C函數(shù)的可變參數(shù)（va_args）配合使用的問題，例如：

#define log_info(__STRING, ...)    printf(__STRING, __VA_ARGS__)

因此，使用的時候，我們可以這樣寫：

log_info("------------------------------------\r\n");log_info(" Cycle Count : %d", total_cycle_cnt);

宏展開后實際上對應(yīng)于：

printf("------------------------------------\r\n",);printf(" Cycle Count : %d", total_cycle_cnt);

看似沒有問題，注意到一個細節(jié)沒有？在第一個printf()的最后多了一個","。雖然有些編譯器，例如GCC并不會計較（也許就是一個warning），但對于廣大潔癖嚴重的處女座程序員來說，這怎么能忍，于是在ANSI-C99標準引入可變參數(shù)宏的時候，又貼心了加了一個不那么起眼的語法：當下面的組合出現(xiàn)時 ",##__VA_ARGS__"，如果__VA_ARGS__是一個空字符串，則前面的","會一并被刪除掉。因此，上面的宏可以改寫為：

#define log_info(__STRING, ...)    printf(__STRING,##__VA_ARGS__)

此時，前面的代碼會被展開為：

printf("------------------------------------\r\n");printf(" Cycle Count : %d", total_cycle_cnt);

處女座表示，這次可以安心睡覺了。

如果說這就是99%的C程序員都不知道的"##"隱藏用法，未免太對不起觀眾了，實際上本文的正片才剛剛開始。

【正文："##"的騷操作】

逗號表達式，一直關(guān)注公眾號的朋友們想必都很熟悉——之前轉(zhuǎn)載的文章《【C進階】聽說用 “ 逗號表達式 ” 僅僅為了秀技？》已經(jīng)說的非常詳細了，這里就不再贅述。簡單說，就是逗號表達式中，逗號的最右邊將作為表達式真正的返回值。

結(jié)合前面關(guān)于",##__VA_ARGS__"用法的介紹，你們有沒有意識到，其實這里的逗號不光可以是參數(shù)列表的分隔符，還可以是逗號表達式的運算符。結(jié)合__VA_ARGS__的特性，我們可以寫出類似這樣的宏：

#define EXAMPLE(...)     ( 默認值 ,##__VA_ARGS__)

它有兩種使用情況情況：

當我們使用參數(shù)宏的時候在括號里不填寫任何內(nèi)容，最終會展開為僅有默認值的情況：

EXAMPLE();

被展開為：

( 默認值 )

當我們提供了任意的有效值時，則會被展開成逗號表達式：

EXAMPLE(我們提供的值);

被展開為：

( 默認值, 我們提供的值 )

根據(jù)逗號表達式的特性，此時，默認值會被丟棄掉（有些編譯器會報告表達式無效的warning，這是正常的，因為編譯器注意到“默認值”所代表的表達式實際上被丟棄了，它覺得我們寫了一個無用的表達式）。

這個技巧其實對API的封裝特別有效：它允許我們簡化函數(shù)API的使用，比如在用戶忽略的情況下，自動給函數(shù)填充某些默認值，而在用戶主動提供參數(shù)的情況下，替代那些默認值。這里我舉兩個現(xiàn)實中的例子：

為函數(shù)提供默認的參數(shù)

假設(shè)我們有一個初始化函數(shù)，初始化函數(shù)允許用戶通過結(jié)構(gòu)體來配置一些參數(shù)：

typedef struct xxxx_cfg_t { ...} xxxx_cfg_t;
int xxxx_init(xxxx_cfg_t *cfg_ptr);

為了簡化用戶的配置過程，初始化函數(shù)會檢查指針cfg_ptr是否為NULL，如果為NULL則自動使用默認配置，反之將使用用戶定義的配置。此時，我們可以通過宏來提供默認值NULL：

#define XXXX_INIT(...) xxxx_init((NULL,##__VA_ARGS__))

為消息處理提供默認的掩碼配置

有些消息處理函數(shù)可以批量的處理某一類消息，而具體選中了哪些消息類別，則通常由二進制掩碼來表示，例如：

typedef struct msg_t msg_t;struct { uint16_t msg;    uint16_t mask;    int (*handler)(msg_t *msg_ptr);} msg_t;

此時我們完全可以借助宏來構(gòu)建一套語法糖：

#define def_msg_map(__name, ...) \    const msg_t __name[] = {__VA_ARGS__};    #define add_msg(__msg, __handler, ...) \    {                                                       \     .msg = (__msg), \        .handler = &(__handler),                            \        .msk = (0xFFFF, ##__VA_ARGS__),                     \ }

通過宏 add_msg 我們注意到，當用戶刻意省略設(shè)置msk時，我們就給出默認值 0xFFFF——這很可能表示，在進行消息處理的時候，消息必須嚴格匹配才能交給對應(yīng)的處理函數(shù)；當用戶指定 msk 時，則可能表示某一類消息都交給同一個消息處理函數(shù)來處理。例如：

/*! \note 高字節(jié)表示操作的類別: 比如0x00表示控制類，0x01表示W(wǎng)RITE，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    /* 嚴格的將 SIGN_UP 映射到 對應(yīng)的處理函數(shù)中 */    add_msg( SIGN_UP,  iap_sign_up_handler ),    /* 批量處理所有的WRITE操作，使用掩碼進行過濾*/    add_msg( WRITE_MEM, iap_write_mem,       0xFF00 ),     /* 批量處理所有的READ操作，使用掩碼進行過濾 */    add_msg( READ_MEM,  iap_read_mem,    0xFF00 ),)

【結(jié)語】

宏不是阻礙代碼開發(fā)和可讀性的魔鬼，對自己不熟悉知識的傲慢才是。

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99%人都不知道的"##"里用法~