Что такое макросы в C и чем они отличаются от функций. Как правильно использовать макросы для оптимизации кода. Какие преимущества и недостатки есть у макросов в C. Когда стоит применять макросы, а когда лучше использовать функции.
Что такое макросы в языке C и зачем они нужны
Макросы в C представляют собой инструмент для обработки и замены фрагментов кода на этапе препроцессорной обработки. В отличие от функций, макросы не создают отдельного блока кода, а просто подставляют свое содержимое в место вызова. Это позволяет оптимизировать производительность программы за счет экономии ресурсов на вызов функций.
Основные причины использования макросов в C:
- Повышение производительности за счет исключения накладных расходов на вызов функций
- Создание коротких инлайн-подстановок кода
- Генерация кода на этапе компиляции
- Условная компиляция различных частей программы
Отличия макросов от функций в C
Хотя макросы внешне могут напоминать вызовы функций, между ними есть ряд важных отличий:
- Макросы подставляются препроцессором, а функции компилируются в отдельный код
- Макросы не выполняют проверку типов аргументов
- Макросы нельзя отлаживать как обычные функции
- Макросы могут привести к непредсказуемому поведению при неправильном использовании
При этом макросы работают быстрее функций, так как не требуют выделения стекового кадра и передачи управления.
Синтаксис определения и использования макросов в C
Макросы в C определяются с помощью директивы препроцессора #define:
#define MAX(a, b) ((a) > (b) ? (a) : (b))
Использование макроса выглядит как вызов функции:
int x = 5, y = 10;
int max = MAX(x, y); // Препроцессор заменит на: ((x) > (y) ? (x) : (y))
Важно заключать аргументы и все выражение в скобки, чтобы избежать ошибок приоритета операций.
Преимущества использования макросов в C
Основные преимущества макросов:
- Повышение производительности за счет исключения накладных расходов на вызов функций
- Возможность генерации кода на этапе компиляции
- Удобство создания коротких инлайн-подстановок
- Возможность условной компиляции различных частей программы
За счет этих преимуществ макросы часто используются в системном программировании и при оптимизации критичного по производительности кода.
Недостатки и ограничения макросов в C
У макросов есть ряд существенных недостатков:
- Отсутствие проверки типов может привести к трудноуловимым ошибкам
- Сложность отладки макросов
- Возможность непредсказуемого поведения при неправильном использовании
- Увеличение размера исполняемого файла при частом использовании
Поэтому макросы следует применять с осторожностью и только там, где их преимущества перевешивают недостатки.
Когда стоит использовать макросы вместо функций
Макросы целесообразно применять в следующих случаях:
- Для очень коротких и часто используемых операций
- Когда критична производительность и нужно избежать накладных расходов на вызов функции
- Для генерации кода в зависимости от условий компиляции
- Когда нужно работать с типами данных как с параметрами
В остальных случаях предпочтительнее использовать обычные функции, особенно встраиваемые (inline) функции в C99 и C++.
Лучшие практики при работе с макросами в C
Чтобы избежать проблем при использовании макросов, следуйте этим рекомендациям:
- Всегда заключайте аргументы и все выражение макроса в скобки
- Используйте заглавные буквы в именах макросов для их выделения
- Не злоупотребляйте макросами, используйте их только при необходимости
- Тщательно тестируйте код с макросами на различных входных данных
- Комментируйте сложные макросы для улучшения читаемости кода
Следование этим правилам поможет избежать многих проблем, связанных с использованием макросов в C.
Примеры корректного использования макросов в C
Рассмотрим несколько примеров правильного применения макросов:
#define MAX(a, b) ((a) > (b) ? (a) : (b))
#define SQUARE(x) ((x) * (x))
#define PRINT_DEBUG(msg) printf("DEBUG: %s\n", msg)
#ifdef DEBUG
#define LOG(msg) printf("LOG: %s\n", msg)
#else
#define LOG(msg)
#endif
Здесь макросы используются для коротких операций, условной компиляции и отладки — это типичные сценарии применения макросов в C.
Возможные ошибки при использовании макросов
Частые ошибки при работе с макросами включают:
- Отсутствие скобок вокруг аргументов и выражений
- Использование макросов с побочными эффектами
- Рекурсивные определения макросов
- Слишком сложные макросы, затрудняющие понимание кода
Чтобы избежать этих ошибок, следуйте лучшим практикам и тщательно тестируйте код с макросами.
Альтернативы макросам в современном C
В современных стандартах C появились альтернативы некоторым применениям макросов:
- Встраиваемые (inline) функции для оптимизации производительности
- Константы времени компиляции (const и enum)
- Обобщенное программирование с помощью _Generic в C11
- Атрибуты компилятора для тонкой настройки оптимизации
Эти инструменты часто позволяют достичь тех же целей, что и макросы, но с лучшей типобезопасностью и отладкой.
Макросы vs функции в Си
Когда C-разработчик достигает определенного уровня квалификации, он обязательно сталкиваются с макросами. Во многих других языках программирования аналога макросов нет, причем неспроста, ведь их применение может оказаться небезопасным. Все дело в том, что макросы в Си имеют ряд особенностей и нюансов, которые не всегда понятны на первый взгляд.
Когда программист только знакомится с макросами, они могут показаться ему самыми, что ни на есть обычными вызовами функций. Да, с немного странным синтаксисом, но все-таки функциями, да и ведут они себя, как функции. Так в чем же разница?
Если говорить условно, то макрос — это функция обработки и замены программного кода. После того, как будет выполнена сборка программы, макросы меняются на макроопределения. Как это выглядит, лучше рассмотреть на примере:
При этом данный код преобразуется в другой (отработавший код опустим):
В процессе вызова функции, под нее выделяется новый стековый кадр, и функция выполняется самостоятельно, то есть она не зависит от места в программном коде, откуда была вызвана. В результате переменные с одинаковыми именами в различных функциях ошибку не вызовут даже в том случае, если вызывать лишь одну функцию из другой.
Однако если попытаться выполнить тот же трюк с помощью макроса, то в процессе компиляции будет выброшена ошибка. Дело в том, что обе переменные по итогу станут находиться в одной функции:
Мало того, функции ведь выполняют проверку типов: если функция ожидает строку на входе, но получает число, то будет выброшена ошибка (либо, в крайнем случае, предупреждение, что уже зависит от компилятора). Макросы же просто меняют аргумент, который им передан.
Вдобавок к этому, макросы не подлежат отладке. К примеру, в отладчике мы можем войти в функцию и пройтись по программному коду функции, а вот с макросами этот номер не пройдет. В результате если макрос по каким-то причинам сбоит, то существует лишь единственный способ обнаружить проблему — перейти к определению макроса, разбираясь уже там.
Однако нельзя не выделить явное преимущество макросов перед функциями — это производительность.
Макрос быстрее функции. Мы уже упоминали, что под функцию выделяются допресурсы. Используя макросы, эти ресурсы можно сэкономить. Данный плюс порой играет значительную роль, особенно когда речь идет о системах, имеющих ограниченные ресурсы (достаточно вспомнить очень старые микроконтроллеры). При этом даже в современных системах разработчики выполняют оптимизацию, применяя для небольших процедур макросы.
Однако в C99 и C++ есть альтернатива макросам — встраиваемые (inline) функции. Если добавить перед функцией ключевое слово inline, компилятор получит указание включить тело функции непосредственно в место вызова функции (как и в случае с макросом). Причем встраиваемые функции могут быть отлажены, плюс у них существует проверка типов.
Но ключевое слово inline — это лишь подсказка для компилятора, то есть это не строгое правило, в результате чего компилятор может и проигнорировать данную подсказку. Дабы так не случилось, в gcc существует атрибут always_inline, заставляющий компилятор встраивать функцию.
Конечно, встраиваемые функции — вещь неплохая, поэтому может возникнуть мысль, что применение макросов становится нецелесообразным. Но на деле это не совсем так. Однако о том, как лучше использовать макросы в Си, мы поговорим в следующий раз, поэтому следите за новостями!
По материалам статьи «How to properly use macros in C»
Макросы (C/C++) | Microsoft Learn
Twitter LinkedIn Facebook Адрес электронной почты
- Статья
- Чтение занимает 2 мин
Препроцессор расширяет макросы во всех строках, кроме директив препроцессора, строк с первым символом # без пробела.
Директива #define обычно используется для связывания понятных идентификаторов с константами, ключевыми словами и часто используемыми операторами или выражениями. Идентификаторы, представляющие константы, иногда называются символьными константами или константами манифеста. Идентификаторы, представляющие инструкции или выражения, называются макросами. В этой документации препроцессора используется только термин «макрос».
Если имя макроса распознается в исходном тексте программы или в аргументах некоторых других команд препроцессора, оно рассматривается как вызов этого макроса.
На практике это означает, что существует два типа макросов. Макросы, подобные объекту, не принимают аргументы. Макросы, подобные функциям, можно определить для приема аргументов, чтобы они выглядели и действовали как вызовы функций. Поскольку макросы не создают фактические вызовы функций, иногда можно ускорить выполнение программ, заменив вызовы функций макросами. (В C++встроенные функции часто являются предпочтительным методом.) Однако макросы могут создавать проблемы, если вы не определяете и не используете их с осторожностью. Возможно, потребуется использовать круглые скобки в определениях макроса с аргументами, чтобы сохранить правильный приоритет в выражении. Кроме того, макросы могут неправильно обработать выражения с побочными эффектами.
getrandom примере директивы #define.После определения макроса его нельзя переопределить в другое значение, не удаляя исходное определение. Однако макрос можно переопределить точно таким же определением. Таким образом, одно и то же определение может отображаться несколько раз в программе.
Директива #undef удаляет определение макроса. После удаления определения можно переопределить макрос на другое значение. Директива #define и директива #undef обсуждают #define и #undef директивы соответственно.
Дополнительные сведения см. в следующих разделах:
Макросы и C++
Макрос со списками аргументов переменных
Предустановленные макросы
Справочник по препроцессору в C/C++
макросов (C/C++) | Microsoft Узнайте
Обратная связь Редактировать
Твиттер LinkedIn Фейсбук Эл.
адрес
- Статья
- 2 минуты на чтение
Препроцессор расширяет макросы во всех строках, кроме директив препроцессора , строк, которые имеют # в качестве первого непробельного символа. Он расширяет макросы в частях некоторых директив, которые не пропускаются как часть условной компиляции.
Директива #define обычно используется для связывания значимых идентификаторов с константами, ключевыми словами и часто используемыми операторами или выражениями.
Идентификаторы, представляющие константы, иногда называются символические константы или константы манифеста . Идентификаторы, представляющие операторы или выражения, называются макросами . В этой документации препроцессора используется только термин «макрос».
Когда имя макроса распознается в исходном тексте программы или в аргументах некоторых других команд препроцессора, оно рассматривается как вызов этого макроса. Имя макроса заменяется копией тела макроса. Если макрос принимает аргументы, фактические аргументы, следующие за именем макроса, заменяются формальными параметрами в теле макроса. Процесс замены вызова макроса обработанной копией тела называется расширение вызова макроса.
На практике существует два типа макросов. Объектно-подобные макросы не принимают аргументов. Макросы , подобные функциям, могут быть определены для приема аргументов, чтобы они выглядели и действовали как вызовы функций. Поскольку макросы не генерируют фактические вызовы функций, иногда вы можете ускорить работу программ, заменив вызовы функций макросами.
(В C++ встроенные функции часто являются предпочтительным методом.) Однако макросы могут создавать проблемы, если вы не будете их определять и использовать с осторожностью. Возможно, вам придется использовать круглые скобки в определениях макросов с аргументами, чтобы сохранить надлежащий приоритет в выражении. Кроме того, макросы могут неправильно обрабатывать выражения с побочными эффектами. Для получения дополнительной информации см. 9Пример 0027 getrandom в директиве #define.
После того как вы определили макрос, вы не можете переопределить его, присвоив ему другое значение, не удалив предварительно исходное определение. Однако вы можете переопределить макрос точно таким же определением. Таким образом, одно и то же определение может встречаться в программе более одного раза.
Директива #undef удаляет определение макроса. После того как вы удалили определение, вы можете переопределить макрос с другим значением. Директива #define и директива #undef обсуждают #define и #undef директивы соответственно.
Для получения дополнительной информации см.
Макросы и C++
Макросы Variadic
Предопределенные макросы
См. также
Справочник по препроцессору C/C++
Обратная связь
Отправить и просмотреть отзыв для
Этот продукт Эта страница
Просмотреть все отзывы о странице
Определения макросов командной строки в C
В этом учебном пособии объясняются определения макросов командной строки в программировании на C.
Компилятор Linux gcc предоставляет возможность определять символы в командной строке, которая инициирует компиляцию. Эта функция полезна при компиляции разных версий программы из одного и того же исходного файла. Например размер массива на машине с небольшой памятью определяется как небольшой по сравнению с машиной с большим объемом памяти.
Если массив объявлен с использованием такого символа
целое имя[ARR_SIZE];
ARR_SIZE можно определить в командной строке при компиляции программы. У нас есть два способа сделать это на gcc,
-DARR_SIZE
-DARR_SIZE=значение В первой форме ARR_SIZE определяется равным 1, а вторая форма определяет ARR_SIZE равным значению, указанному в командной строке. Давайте посмотрим, как мы можем использовать это в командной строке для компиляции программы,
Примечание: присоединяйтесь к бесплатным классам Sanfoundry в Telegram или Youtube0003
ads
gcc -DARR_SIZE=100 xyz.c
Еще одно преимущество, которое мы получаем, определяя параметризующие величины, такие как размеры массива в программе. Если бы размер массива был задан как литеральная константа или если бы массив использовался в цикле, использующем литеральную константу в качестве ограничения, этот метод не работал бы. Кроме того, всякий раз, когда указывается размер массива, он должен быть символической константой.
Компиляторы, которые предлагают определения символов из командной строки, обычно предлагают неопределение символов из командной строки. В gcc это выполняет опция -U. Например,
Пройдите пробные тесты программирования на C — по главам!
Начать тест сейчас: Глава 1,
2,
3,
4,
5,
6,
7,
8,
9,
10
gcc -UARR_SIZE xyz.c
Sanfoundry Global Education & Learning Series – 1000 C Tutorials.
Если вы хотите ознакомиться со всеми учебниками по языку C, перейдите на раздел «Учебники по языку C».
реклама
Следующие шаги:
- Получите бесплатный сертификат о заслугах в программировании на C
- Примите участие в конкурсе по сертификации программирования на C
- Станьте лидером в программировании на C
- Пройдите тесты по программированию на C
- Практические тесты по главам: глава 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10
- Пробные тесты по главам: глава 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10
реклама
реклама
Подпишитесь на наши информационные бюллетени (тематические).
