新年快樂(lè)，好好的玩了幾天，張家港二日游讓我有了較大的感觸，蘇南發(fā)展的真心好哦，想想老家的發(fā)展真的覺(jué)得是落后哦，回學(xué)校看了一些大牛的博客，貌似在假期中大牛們才有時(shí)間寫(xiě)博客。祝大家新年快樂(lè)，身體健康。
言歸正傳，在C語(yǔ)言中宏定義是比較有用的技巧，在Linux源碼中經(jīng)常使用一些宏定義，比如宏container_of()等都是經(jīng)典的宏定義表示方式。在C++不再主張使用宏定義，但是宏定義實(shí)際上卻是是一個(gè)非常有用的手段。實(shí)質(zhì)上宏定義能夠搞定的實(shí)現(xiàn)采用其它的實(shí)現(xiàn)也是可以的，宏定義的作用是簡(jiǎn)單的替代作用，掌握這個(gè)是理解的關(guān)鍵，以前在沒(méi)有代碼閱讀量的時(shí)候總是以為宏定義就是簡(jiǎn)單的定義一些常量什么的，實(shí)質(zhì)上不然，宏定義完全可以寫(xiě)成函數(shù)的形式，但是宏定義和函數(shù)有一定的差別，函數(shù)的調(diào)用一般采用棧的方式實(shí)現(xiàn)，這時(shí)候存在局部變量，形參、實(shí)參等問(wèn)題，如果不理解C語(yǔ)言的本質(zhì)，很多時(shí)候非常容易搞錯(cuò)，但是宏定義則不然，宏定義沒(méi)有調(diào)用的過(guò)程，宏的實(shí)現(xiàn)僅僅是一個(gè)替換過(guò)程，不用壓棧出棧，宏實(shí)現(xiàn)的類(lèi)似函數(shù)修改的就是當(dāng)前區(qū)域中的變量，不是局部變量。這也是一些較深層次的問(wèn)題，在剛學(xué)習(xí)C語(yǔ)言的時(shí)候很多人只要看見(jiàn)類(lèi)似于函數(shù)的形式都認(rèn)為是函數(shù)，實(shí)質(zhì)上不一定，很有可能就是采用宏定義實(shí)現(xiàn)的類(lèi)函數(shù)，這時(shí)候就可能導(dǎo)致所謂的形參實(shí)參問(wèn)題發(fā)生較大的變化。關(guān)于宏的問(wèn)題在面試筆試的過(guò)程中、寫(xiě)代碼的過(guò)程中都是非常有用的部分，我就不再做介紹。
今天看了一遍博客《Reduce C-language coding errors with X macros》，感覺(jué)文章寫(xiě)得非常的好，也對(duì)自己寫(xiě)代碼有了一定的幫助，所以就將該文章用我自己的語(yǔ)言，寫(xiě)出來(lái)和大家分享分享吧。
在嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中，經(jīng)常將系統(tǒng)分成很多層次，很多個(gè)模塊，每一個(gè)模塊都有自己的初始化過(guò)程，這時(shí)候我們一般采用的形式如下所示：
typedef void(*p_func_t)(void);
enum
{
STATE_0,
STATE_1,
STATE_2,
...
STATE_M,
NUM_STATES
};
p_func_t inital_table[NUM_STATES]
{
func_0,
func_1,
func_2,
...
func_M,
};
這種實(shí)現(xiàn)方法是比較常見(jiàn)的實(shí)現(xiàn)方式，但是這種方法的缺點(diǎn)是所有的初始化過(guò)程是按照一定的順序的，而且不能隨機(jī)的初始化，因此如果在編碼的過(guò)程中將狀態(tài)號(hào)與初始化函數(shù)對(duì)應(yīng)錯(cuò)誤，將出現(xiàn)比較難以發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤，這種錯(cuò)誤經(jīng)常出現(xiàn)，當(dāng)然有些編譯器以及支持隨機(jī)的初始化過(guò)程，但是并不具有通用性，而且這種實(shí)現(xiàn)方式代碼比較多，能不能采用宏定義的方式簡(jiǎn)化代碼量呢？當(dāng)然是可以的，采用類(lèi)似于函數(shù)的宏定義就可以實(shí)現(xiàn)，具體的實(shí)現(xiàn)如下：
typedef void(*p_func_t)(void);
#define STATE_TABLE\
ENTRY(STATE_0,func_0)\
ENTRY(STATE_1,func_1)\
ENTRY(STATE_2,func_2)\
ENTRY(STATE_3,func_3)\
ENTRY(STATE_4,func_4)
enum{
#define ENTRY(a,b) a,
STATE_TABLE
#undef ENTRY
NUM_STATES
};
p_func_t inital_table[NUM_STATES] =
{
#define ENTRY(a,b) b,
STATE_TABLE
#undef ENTRY
};
上面這種實(shí)現(xiàn)方式的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)用了宏定義簡(jiǎn)少代碼量。我做一個(gè)簡(jiǎn)要的分析，首先采用宏定義定義了一組ENYRT，其中包含兩個(gè)參數(shù)，分別是狀態(tài)號(hào)STATE_N,和狀態(tài)對(duì)應(yīng)的初始化函數(shù)，這種實(shí)現(xiàn)方式能夠避免上面所謂的狀態(tài)號(hào)與函數(shù)對(duì)應(yīng)錯(cuò)誤的問(wèn)題，因?yàn)樵诤甓x的過(guò)程中一般都會(huì)認(rèn)真的確定各種接口，對(duì)應(yīng)好了只需要定義相關(guān)的函數(shù)就可以啦。在enum中采用了#define和#undef來(lái)限定這一組宏定義的作用范圍，在個(gè)作用域中，ENTRY(a,b)是表示“a,”，需要注意不能忽略a后的','因?yàn)檫@就是在enum中定義變量后要添加的符號(hào)，我想大家應(yīng)該知道enum{a,b,c,d}每一個(gè)成員后面都包含","的特性的。也就是說(shuō)在這作用域中，ENTRY(a,b)被替換為"a,"，那么這時(shí)候STATE_TABLE就被替換為STATE_0,STATE_1等，然后和NUM_STATES就組成了第一個(gè)例程中的enum結(jié)構(gòu)。而在p_func_t jumptable[NUM_STATES]仍然采用了了STATE_TABLE，由于采用了#define和#undef限定了宏的作用范圍，這時(shí)的ENTRY(a,b)將被替代為“b,”，也就是func_0,func_1等，這樣也就完成了函數(shù)指針數(shù)組的初始化過(guò)程，這樣的初始化能夠減少狀態(tài)號(hào)與初始化函數(shù)對(duì)應(yīng)出錯(cuò)的情況。
這樣的實(shí)現(xiàn)也可以認(rèn)為是宏定義的巧妙運(yùn)用，但是這種方法還是存在一些問(wèn)題，因?yàn)椴捎?define 和#undef這種方法很可能導(dǎo)致錯(cuò)誤的產(chǎn)生，因?yàn)楹苡锌赡懿荒芎芎玫陌盐者@個(gè)限定作用域的使用方法，這時(shí)候可以采用一種新的類(lèi)似函數(shù)的實(shí)現(xiàn)方法，可以讓STATE_TABLE帶一個(gè)參數(shù)，也就是采用類(lèi)似命令的形式定義相關(guān)的內(nèi)容：
typedef void(*p_func_t)(void);
/*以下產(chǎn)生幾個(gè)常用的命令*/
/*enum產(chǎn)生*/
#define EXPAND_AS_ENUM(a,b) a,
/*初始化表產(chǎn)生*/
#define EXPAND_AS_INITTABLE(a,b) b,
/*聲明各個(gè)函數(shù)*/
#define EXPAND_AS_FUNCDEC(a,b) void b(void);
/*將STATE_TABLE的參數(shù)就是具體的命令*/
#define STATE_TABLE(ENTRY)\
ENTRY(STATE_0,func_0)\
ENTRY(STATE_1,func_1)\
ENTRY(STATE_2,func_2)\
ENTRY(STATE_3,func_3)\
ENTRY(STATE_4,func_4)
/*定義enum*/
enum{
STATE_TABLE(EXPAND_AS_ENUM)
NUM_STATES
};
/*聲明各個(gè)函數(shù)*/
STATE_TABLE(EXPAND_AS_FUNCDEC)
/*初始化表*/
p_func_t inital_table[NUM_STATES] =
{
STATE_TABLE(EXPAND_AS_INITTABLE)
};
以上實(shí)現(xiàn)方法能夠較好的避免#define和#undef的限定作用域問(wèn)題，這實(shí)際上采用ENTRY作為參數(shù)傳遞給STATE_TABLE，然后ENTRY可用來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的指令，這些指令的定義也是一系列的宏定義，這種實(shí)現(xiàn)架構(gòu)能夠比較好的避免缺少聲明等問(wèn)題。同時(shí)也較少了錯(cuò)誤的產(chǎn)生可能。
這種實(shí)現(xiàn)模型只是簡(jiǎn)化的版本，STATE_TABLE(ENRTY)中的ENTRY可以定義多個(gè)參數(shù)如下所示:
/*COMMANDS*/
#define COMD1(a0,a1,a2,...,am) /*具體實(shí)現(xiàn)*/
#define COMD2(a0,a1,a2,...,am) /*具體實(shí)現(xiàn)*/
...
#define TABLE(ENTRY)\
ENTRY(a0,a1,a2,...,am)\
ENTRY(a0,a1,a2,...,am)\
...
ENTRY(a0,a1,a2,...,am)\
比如將上面的初始化實(shí)現(xiàn)修改為下面的形式，也就是多個(gè)參數(shù)的形式，實(shí)現(xiàn)如下：
點(diǎn)擊(此處)折疊或打開(kāi)
typedef void(*p_func_t)(void);
#define EXPAND_AS_ENUM(a,b,c) a,
#define EXPAND_AS_JUMPTABLE(a,b,c) b,
#define EXPAND_AS_FUNCDEC(a,b,c) void c(void);
#define STATE_TABLE(ENTRY)\
ENTRY(STATE_0,func_0,func_0)\
ENTRY(STATE_1,func_1,func_1)\
ENTRY(STATE_2,func_2,func_2)\
ENTRY(STATE_3,func_3,func_3)\
ENTRY(STATE_4,func_4,func_4)
enum{
STATE_TABLE(EXPAND_AS_ENUM)
NUM_STATES
};
STATE_TABLE(EXPAND_AS_FUNCDEC)
p_func_t init_table[NUM_STATES] =
{
STATE_TABLE(EXPAND_AS_INITTABLE)
};
上面的實(shí)現(xiàn)并不是非常的恰當(dāng)，因?yàn)榈诙䝼�(gè)、第三個(gè)參數(shù)實(shí)質(zhì)上是一致的，沒(méi)有必要定義為三個(gè)參數(shù)。本文只是說(shuō)明三個(gè)參數(shù)的實(shí)現(xiàn)情況。其他多個(gè)參數(shù)的實(shí)現(xiàn)情況類(lèi)似。為了說(shuō)明這種模型的可行性，我寫(xiě)了簡(jiǎn)單的測(cè)試代碼，由于各個(gè)模塊的初始化代碼需要程序員手動(dòng)的實(shí)現(xiàn)，因此可以定義在其他的位置，同時(shí)在宏定義中也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了各個(gè)函數(shù)的聲明問(wèn)題，因?yàn)椴粫?huì)出現(xiàn)未定義的問(wèn)題。具體的實(shí)現(xiàn)如下所示：
#include<stdio.h>
typedef void(*p_func_t)(void);
#define EXPAND_AS_ENUM(a,b) a,
#define EXPAND_AS_INITTABLE(a,b) b,
#define EXPAND_AS_FUNCDEC(a,b) void b(void);
#define STATE_TABLE(ENTRY)\
ENTRY(STATE_0,func_0)\
ENTRY(STATE_1,func_1)\
ENTRY(STATE_2,func_2)\
ENTRY(STATE_3,func_3)\
ENTRY(STATE_4,func_4)
enum{
STATE_TABLE(EXPAND_AS_ENUM)
NUM_STATES
};
STATE_TABLE(EXPAND_AS_FUNCDEC)
p_func_t init_table[NUM_STATES] =
{
STATE_TABLE(EXPAND_AS_JUMPTABLE)
};
/*測(cè)試代碼*/
int main()
{
int i = 0;
for(i = 0; i < NUM_STATES; ++ i)
(jumptable[i])();
return 0;
}
/*各個(gè)模塊的初始化函數(shù)實(shí)現(xiàn)*/
void func_0(void)
{
printf("In func_0\n");
}
void func_1(void)
{
printf("In func_1\n");
}
void func_2(void)
{
printf("In func_2\n");
}
void func_3(void)
{
printf("In func_3\n");
}
void func_4(void)
{
printf("In func_4\n");
}
關(guān)于多變量的情況，在Linux內(nèi)核源碼中的物理內(nèi)存與虛擬內(nèi)存之間可以采用這種方式實(shí)現(xiàn)，在很多情況下都知道寄存器的物理內(nèi)存，一般一組相關(guān)的寄存器的映射方式都是相同的，采用這種宏定義的實(shí)現(xiàn)方式就能較好完成定義問(wèn)題，當(dāng)然只是可行的方法而已。
#define ADDRESS_OFFSET (0x8000)
#define PHYS_ADDRESS(a,b,c) a=c;
#define VIRU_ADDRESS(a,b,c) a = b + c;
#define REGISTER_MAP(ENTRY)
ENTRY(reg0,ADDRESS_OFFSET,0x10)\
ENTRY(reg1,ADDRESS_OFFSET,0x14)\
ENTRY(reg2,ADDRESS_OFFSET,0x18)\
...
ENTRY(regm,ADDRESS_OFFSET,0x2c)
/*物理地址*/
REGISTER_MAP(PHYS_ADDRESS)
/*虛擬地址*/
REGISTER_MAP(VIRU_ADDRESS)
宏定義的這種實(shí)現(xiàn)方式在一些嵌入式系統(tǒng)中是非常有效的，掌握這種實(shí)現(xiàn)方法能夠較好的管理各個(gè)模塊、各種狀態(tài)下對(duì)應(yīng)的處理函數(shù)。這是一種經(jīng)典的用法。這實(shí)際上給出可一種解決問(wèn)題的模型架構(gòu)，掌握好這種方式能夠較好的實(shí)現(xiàn)模塊的管理問(wèn)題。這種實(shí)現(xiàn)方法不僅代碼量少，而且能夠避免很多錯(cuò)誤的產(chǎn)生，能夠快速的進(jìn)行修改，但是難點(diǎn)在于代碼對(duì)于初學(xué)者有一定的難度，而且宏定義實(shí)現(xiàn)的函數(shù)還能夠采用其他的方法實(shí)現(xiàn)，只是宏定義能夠較好的簡(jiǎn)化代碼，使得代碼優(yōu)美且易維護(hù)。