C++中常通過封裝一些巨集關鍵字來達到簡化目的
在學習DCI(一種面向物件軟體架構模式)中,採用的一些巨集,以表達Role的概念。現簡單收錄如下
#define ABSTRACT(...) virtual __VA_ARGS__ = 0
#define OVERRIDE(...) virtual __VA_ARGS__ override
#define EXTENDS(...), ##_VA_ARGS__
#define IMPLEMENTS(...) EXTENDS(__VA_ARGS__)
#define USE_ROLE(type) virtual type& get##type() const;
#define HAS_ROLE(type) USE_ROLE(type)
#define ROLE(type) get##type()
#define IMPL_ROLE(type) \
virtual type& get##type() const override\
{\
return const_cast<type&>(static_cast<const type&>(*this));\
}
=================================================
在繼承體系中,新增虛解構函式。
namespace details
{
template<typename T>
struct Role
{
virtual ~Role() {}
};
}
#define DEFINE_ROLE(type) struct type : ::details::Role<type>
傳統方法的實現
如果說我們有一個Animal的類,這個類被視為基類,我們希望從這個基類派生出不同的子類。在Animal中有3個純需函式,如下所示:
class Animal
{
public:
virtual std :: string GetName () const = 0 ;
virtual Vector3f GetPosition () const = 0;
virtual Vector3f GetVelocity () const = 0;
};
同時,這個基類擁有三個派生類——Monkey,Tiger,Lion。
那麼我們三個方法的每一個都會在7個地方存在:Animal中一次,Monkey、Lion、Tiget的宣告和定義各一次。
然後假設我們做一個小改動——我們想將GetPosition和GetVelocity的返回型別改為Vector4f以適應Transform變換,那麼我們就要在7個地方進行修改:Animal的.h檔案,Lion、Tiger和Monkey的.h檔案和.cpp檔案。
使用巨集的實現
有一種很妙的處理方法就是將這些方法進行包裝,改成所謂介面巨集的形式。我們可以試試看:
#define INTERFACE_ANIMAL(terminal) \
public: \
virtual std::string GetName() const ##terminal \
virtual IntVector GetPosition() const ##terminal \
virtual IntVector GetVelocity() const ##terminal
#define BASE_ANIMAL INTERFACE_ANIMAL(=0;)
#define DERIVED_ANIMAL INTERFACE_ANIMAL(;)
值得一提的是,##
符號代表的是連線,\
符號代表的是把下一行的連起來。
通過這些巨集,我們就可以大大簡化Animal的宣告,還有所有從它派生的類的聲明瞭:
// Animal.h
class Animal
{
BASE_ANIMAL ;
};
// Monkey.h
class Monkey : public Animal
{
DERIVED_ANIMAL ;
};
現在,不管我們什麼時候想改動Animal的方法,我們都不用再去改動其派生類的標頭檔案了。我們只需要改動這個介面巨集而已。
但是我們仍然需要手工修改每個.cpp的實現,但是由於此時的宣告已經變動了,此時編譯器是會報錯並且提示進行修改的。
再說了,這樣另外好處還在於.h檔案中的宣告變得很清晰並且容易維護了。
#define是C語言中提供的巨集定義命令,其主要目的是為程式設計師在程式設計時提供一定的方便,並能在一定程度上提高程式的執行效率,但學生在學習時往往不能 理解該命令的本質,總是在此處產生一些困惑,在程式設計時誤用該命令,使得程式的執行與預期的目的不一致,或者在讀別人寫的程式時,把執行結果理解錯誤,這對 C語言的學習很不利。1 #define命令剖析
1.1 #define的概念
#define命令是C語言中的一個巨集定義命令,它用來將一個識別符號定義為一個字串,該識別符號被稱為巨集名,被定義的字串稱為替換文字。
該命令有兩種格式:一種是簡單的巨集定義,另一種是帶引數的巨集定義。
(1)簡單的巨集定義:
- #define<巨集名> <字串>
- 例:#definePI 3.1415926
- #define<巨集名>(<引數表>)<巨集體>
- 例:#defineA(x)x
1.2 巨集替換髮生的時機
為了能夠真正理解#define的作用,讓我們來了解一下對C語言源程式的處理過程。當我們在一個整合的開發環境如Turbo C中將編寫好的源程式進行編譯時,實際經過了預處理、編譯、彙編和連線幾個過程。其中前處理器產生編譯器的輸出,它實現以下的功能:
(1)檔案包含
可以把源程式中的#include 擴充套件為檔案正文,即把包含的.h檔案找到並展開到#include 所在處。
(2)條件編譯
前處理器根據#if和#ifdef等編譯命令及其後的條件,將源程式中的某部分包含進來或排除在外,通常把排除在外的語句轉換成空行。
(3)巨集展開
前處理器將源程式檔案中出現的對巨集的引用展開成相應的巨集 定義,即本文所說的#define的功能,由前處理器來完成。
經過前處理器處理的源程式與之前的源程式有所有不同,在這個階段所進行的工作只是純粹的替換與展開,沒有任何計算功能,所以在學習#define命令時只要能真正理解這一點,這樣才不會對此命令引起誤解並誤用。
2 #define使用中的常見問題解析
2.1 簡單巨集定義使用中出現的問題
在簡單巨集定義的使用中,當替換文字所表示的字串為一個表示式時,容易引起誤解和誤用。如下例:
- 例1#defineN 2+2
- voidmain()
- {
- inta=N*N;
- printf(“%d”,a);
- }
(2) 問題解析: 如1節所述,巨集展開是在預處理階段完成的,這個階段把替換文字只是看作一個字串,並不會有任何的計算髮生,在展開時是在巨集N出現的地方 只是簡單地使用串2+2來代替N,並不會增添任何的符號,所以對該程式展開後的結果是a=2+2*2+2,計算後=8,這就是巨集替換的實質,如何寫程式才能完成結果為16的運算呢?
(3)解決辦法:
- /*將巨集定義寫成如下形式*/
- #defineN(2+2)
- /*這樣就可替換成(2+2)*(2+2)=16*/
2.2 帶引數的巨集定義出現的問題
在帶引數的巨集定義的使用中,極易引起誤解。例如我們需要做個巨集替換能求任何數的平方,這就需要使用引數,以便在程式中用實際引數來替換巨集定義中的引數。一般學生容易寫成如下形式:
- #definearea(x)x*x
- /*這在使用中是很容易出現問題的,看如下的程式*/
- voidmain()
- {
- inty=area(2+2);
- printf(“%d”,y);
- }
要想能夠真正使用好巨集定義,那麼在讀別人的程式時,一定要記住先將程式中對巨集的使用全部替換成它所代表的字串,不要自作主張地新增任何其他符號,完全展開後再進行相應的計算,就不會寫錯執行結果。 如果是自己程式設計使用巨集替換,則在使用簡單巨集定義時,當字串中不只一個符號時,加上括號表現出優先順序,如果是帶引數的巨集定義,則要給巨集體中的每個引數加上括號,並在整個巨集體上再加一個括號。看到這裡,不禁要問,用巨集定義這麼麻煩,這麼容易出錯,可不可以摒棄它, 那讓我們來看一下在C語言中用巨集定義的好處吧。 如:
- #include<iostream.h>
- #define product(x)x*x
- intmain()
- {
- inti=3;
- intj,k;
- j=product(i++);
- cout<<"j="<<j<<endl;
- cout<<"i="<<i<<endl;
- k=product(++i);
- cout<<"k="<<k<<endl;
- cout<<"i="<<i<<endl;
- return 0;
- }
3巨集定義的優點
(1) 方便程式的修改
使用簡單巨集定義可用巨集代替一個在程式中經常使用的常量,這樣在將該常量改變時,不用對整個程式進行修改,只修改巨集定義的字串即可,而且當常量比較長時, 我們可以用較短的有意義的識別符號來寫程式,這樣更方便一些。我們所說的常量改變不是在程式執行期間改變,而是在程式設計期間的修改,舉一個大家比較熟悉的例子,圓周率π是在數學上常用的一個值,有時我們會用3.14來表示,有時也會用3.1415926等,這要看計算所需要的精度,如果我們編制的一個程式中 要多次使用它,那麼需要確定一個數值,在本次執行中不改變,但也許後來發現程式所表現的精度有變化,需要改變它的值, 這就需要修改程式中所有的相關數值,這會給我們帶來一定的不便,但如果使用巨集定義,使用一個識別符號來代替,則在修改時只修改巨集定義即可,還可以減少輸入 3.1415926這樣長的數值多次的情況,我們可以如此定義 #define pi 3.1415926,既減少了輸入又便於修改,何樂而不為呢?
(2) 提高程式的執行效率
使用帶引數的巨集定義可完成函式呼叫的功能,又能減少系統開銷,提高執行效率。正如C語言中所講,函式的使用可以使程式更加模組化,便於組織,而且可重複利用,但在發生函式呼叫時,需要保留呼叫函式的現場,以便子 函式執行結束後能返回繼續執行,同樣在子函式執行完後要恢復呼叫函式的現場,這都需要一定的時間,如果子函式執行的操作比較多,這種轉換時間開銷可以忽 略,但如果子函式完成的功能比較少,甚至於只完成一點操作,如一個乘法語句的操作,則這部分轉換開銷就相對較大了,但使用帶引數的巨集定義就不會出現這個問 題,因為它是在預處理階段即進行了巨集展開,在執行時不需要轉換,即在當地執行。巨集定義可完成簡單的操作,但複雜的操作還是要由函式呼叫來完成,而且巨集定義所佔用的目的碼空間相對較大。所以在使用時要依據具體情況來決定是否使用巨集定義。
4 結語
本文對C語言中巨集定義#define在使用時容易出現的問題進行了解析,並從C源程式處理過程的角度對#define的處理進行了分析,也對它的優點進行 了闡述。只要能夠理解巨集展開的規則,掌握使用巨集定義時,是在預處理階段對源程式進行替換,只是用對應的字串替換程式中出現的巨集名,這樣就可在正確使用的 基礎上充分享受使用巨集定義帶來的方便和效率了
二、define中的三個特殊符號:#,##,#@
- #defineConn(x,y)x##y
- #defineToChar(x)#@x
- #defineToString(x)#x
- intn=Conn(123,456);/* 結果就是n=123456;*/
- char*str=Conn("asdf","adf");/*結果就是 str = "asdfadf";*/
char a = ToChar(1);結果就是a='1';
做個越界試驗char a = ToChar(123);結果就錯了;
但是如果你的引數超過四個字元,編譯器就給給你報錯了! error C2015: too many characters in constant :P (3)最後看看#x,估計你也明白了,他是給x加雙引號
char* str = ToString(123132);就成了str="123132"; 三、常用的一些巨集定義
1 防止一個頭檔案被重複包含
- #ifndefBODYDEF_H
- #defineBODYDEF_H
- //標頭檔案內容
- #endif
- #defineMEM_B(x)(*((byte*)(x)))
- #defineMEM_W(x)(*((word*)(x)))
- #include<iostream>
- #include<windows.h>
- #defineMEM_B(x)(*((byte*)(x)))
- #defineMEM_W(x)(*((WORD*)(x)))
- intmain()
- {
- intbTest=0x123456;
- byte m=MEM_B((&bTest));/*m=0x56*/
- intn=MEM_W((&bTest));/*n=0x3456*/
- return0;
- }
3 得到一個field在結構體(struct)中的偏移量
- #defineOFFSETOF(type,field)((size_t)&((type*)0)->field)
4 得到一個結構體中field所佔用的位元組數
- #defineFSIZ(type,field)sizeof(((type*)0)->field)
5 得到一個變數的地址(word寬度)
- #defineB_PTR(var)((byte*)(void*)&(var))
- #defineW_PTR(var)((word*)(void*)&(var))
- #defineUPCASE(c)(((c)>=''a''&&(c)<=''z'')?((c)-0x20):(c))
- #defineDECCHK(c)((c)>=''0''&&(c)<=''9'')
- #defineHEXCHK(c)(((c)>=''0''&&(c)<=''9'')||((c)>=''A''&&(c)<=''F'')||((c)>=''a''&&(c)<=''f''))
- #defineINC_SAT(val)(val=((val)+1>(val))?(val)+1:(val))
- #defineARR_SIZE(a)(sizeof((a))/sizeof((a[0])))
ANSI標準說明了五個預定義的巨集名。它們是:
- _LINE_/*(兩個下劃線),對應%d*/
- _FILE_/*對應%s*/
- _DATE_/*對應%s*/
- _TIME_/*對應%s*/