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宏定义

宏仅仅是在C预处理阶段的一种文本替换工具，编译完之后对二进制代码不可见。

标示符别名：

#define BUFFER_SIZE 1024

预处理阶段

foo = (char *) malloc (BUFFER_SIZE)；

会被替换成

foo = (char *) malloc (1024)。

宏名之后带括号的宏被认为是宏函数。用法和普通函数一样，只不过在预处理阶段，宏函数会被展开。优点是没有普通函数保存寄存器和参数传递的开销，展开后的代码有利于CPU cache的利用和指令预测，速度快。缺点是可执行代码体积大。

#define min(X, Y)  ((X) < (Y) ? (X) : (Y))
y = min(1, 2);

会被扩展成

y = ((1) < (2) ? (1) : (2));

需要注意的问题：

  1. 语法问题：由于是纯文本替换，C预处理器不对宏体做任何语法检查，像缺个括号、少个分号之类的错误预处理器是不管的。

  2. 算符优先级问题：不仅宏体是纯文本替换，宏参数也是纯文本替换。有以下一段简单的宏，实现乘法：

     #define MULTIPLY(x, y) x * y

    MULTIPLY(1, 2)没问题，会正常展开成1 * 2。有问题的是这种表达式MULTIPLY(1+2, 3)，展开后成了1+2 * 3，显然优先级错了。在宏体中，给引用的参数加个括号就能避免这问题。

     #define MULTIPLY(x, y) (x) * (y)

  3. 宏参数重复调用

    有如下宏定义：

     #define min(X, Y)  ((X) < (Y) ? (X) : (Y))

    当有如下调用时 next = min (x + y, foo (z)); 宏体被展开成next = ((x + y) < (foo (z)) ? (x + y) : (foo (z))); 可以看到，foo(z)被重复调用了两次，做了重复计算。更严重的是，如果foo是不可重入的(foo内修改了全局或静态变量)，程序会产生逻辑错误。所以，尽量不要在宏参数中传入函数调用。

［宏定义中存在依赖时展开问题］

C 风格字符串的函数

C风格字符串不是一种类型，而是为了表达和使用字符串而形成的一种约定俗成的写法。按此习惯写的字符串存放在字符数组中并以空字符（'\0'）结束，一般利用指针来操作这些字符串。

C 语言标准库提供了一组函数用于操作 C 风格字符串，定义在 cstring 头文件中。

  1. strcat(p1, p2)：将p2附加到p1之后，且会覆盖null字符，最后返回p1；［题目］
  2. strlen(p)：返回p的长度，遇到空字符'\0'结束，空字符不计算在内；sizeof返回数组所占的字节数。［题目］
  3. strcmp(p1, p2)：比较 p1 和 p2 的相等性，如果 p1 == p2，返回0，p1 > p2返回一个正值；p1 < p2 返回一个负值。
  4. strcpy(p1, p2)：将p2拷贝给p1，返回p1。

（c_string_func.cpp）

［字符串常量赋值］
［strcpy 拷贝］
［字符串常量和字符数组］

printf 格式化字符串

printf 函数是一个标准库函数，它的函数原型在头文件“stdio.h”中。printf函数调用的一般形式为：

int printf ( const char * format, ... );

其中格式控制字符串用于指定输出格式。格式控制串可由格式字符串和非格式字符串两种组成。格式字符串是以%开头的字符串，在%后面跟有各种格式字符，以说明输出数据的类型、形式、长度、小数位数等。printf 返回值是输出的字符个数。

格式字符串的一般形式为：[标志][输出最小宽度][.精度][长度]类型。其中方括号[]中的项为可选项。

类型字符用以表示输出数据的类型，其格式符和意义如下所示：

  • d：以十进制形式输出带符号整数(正数不输出符号)
  • o：以八进制形式输出无符号整数(不输出前缀0)
  • x,X：以十六进制形式输出无符号整数(不输出前缀Ox)
  • u：以十进制形式输出无符号整数
  • f：以小数形式输出单、双精度实数
  • e,E：以指数形式输出单、双精度实数
  • c：输出单个字符
  • s：输出字符串
  • p：输出指针保存的地址

简单程序

int i=123, m=0123, n = 0x123;   //注意八进制, 十六进制
printf("%d %d %d\n", i, m, n);  //123 83 291
printf("%o %o %o\n", i, m, n);  //173 123 443

［八进制输出］

整型溢出

对于整型溢出，分为无符号整型溢出和有符号整型溢出。对于unsigned整型溢出，C的规范是有定义的——溢出后的数会以2^(8*sizeof(type))作模运算，也就是说，如果一个unsigned char（1字符，8bits）溢出了，会把溢出的值与256求模。

当一个算术表达式中既有无符号数又有有符号数时，就会将有符号值转换为无符号值。

unsigned int u=10;
int i=-42;
cout << "i+i: " << i+i << endl; // -84
cout << "i+u: " << i+u << endl; // 4294967264

第二个表达式中，相加前首先把整数 －42 转换成无符号数。把负数转换成无符号数类似于直接给无符号数赋一个负值，结果等于这个负数加上无符号数（ 2^32 ）的模。

unsigned char c = -1, d = -2, e=0xff;
printf("%d, %d", c, d, e);         // 255, 254, 255

对于signed整型的溢出，C的规范定义是undefined behavior，也就是说，编译器爱怎么实现就怎么实现。

［For 循环次数］

位段

有些信息在存储时，并不需要占用一个完整的字节， 而只需占几个或一个二进制位。例如在存放一个开关量时，只有0和1 两种状态， 用一位二进位即可。为了节省存储空间，并使处理简便，C语言又提供了一种数据结构，称为“位域”或“位段”。

所谓“位域”是把一个字节中的二进位划分为几个不同的区域，并说明每个区域的位数。每个域有一个域名，允许在程序中按域名进行操作。 这样就可以把几个不同的对象用一个字节的二进制位域来表示。

struct mybitfields
{
    int a : 4;
    int b : 5;
    int c : 7;
} test

位域虽然简单好用，但使用时需要注意：

  1. 如果相邻位域字段的类型相同，且其位宽之和小于类型的sizeof大小，则后面的字段将紧邻前一个字段存储，直到不能容纳为止；
  2. 如果相邻位域字段的类型相同，但其位宽之和大于类型的sizeof大小，则后面的字段将从新的存储单元开始，其偏移量为其类型大小的整数倍；
  3. 整个结构体的总大小为最宽基本类型成员大小的整数倍。
  4. 不能对位段进行取地址操作；
  5. 对位段赋值时，最好不要超过位段所能表示的最大范围，否则可能会造成意想不到的结果。
  6. 如果一个位段结构中只有一个占有0位的无名位段，则只占1或0字节的空间(C语言中是占0字节，而C++中占1字节)；否则其他任何情况下，一个位段结构所占的空间至少是一个位段类型的大小；
  7. 位域可以无位域名，这时它只用来作填充或调整位置。无名的位域是不能使用的。

［位域结构体的大小］

柔性数组

［结构体柔性数组作用］

更多阅读

《C++ Primer》 �Page109
《Effective C++》 条款02：尽量以const, enum, inline 代替 #define，预处理器不够安全。

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