深入理解C——#define与typedef

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#define名为宏定义，工作在预处理阶段，实际是对字符串的宏替换；typedef工作在编译阶段，是对自定义数据类型的自定义别名定义。

深入理解C——#define与typedef

1 #define

1.1 概念

宏定义的实质就是替换。

宏定义在预处理阶段由预处理器进行替换，这个替换是原封不动的替换。

1.2 特点

设置宏定义时，需要特别注意括号的使用。

例如：

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/* 正确案例 */
#define abs(x) ((x)>=0?(x):-(x))

/* 错误案例 */
#define abs(x) x>=0?x:-x


/* 正确的abs(x)展开abs(a-b) */
((a-b)>=0?(a-b):-(a-b))

/* 错误的abs(x)展开abs(a-b) */
a-b>=0?a-b:-a-b
  • 因为C语言中，符号优先级在此处为：单目运算符+/- > 双目运算符+/- > >= > ?: ，因此实际上成了 (a-b)>=0?(a-b):(-a-b)。与原义不符。

1.3 作用

1.3.1 实现NULL在C++和C的不同定义

简例如下：

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#ifdef _cplusplus
#define NULL 0
#else
#define NULL (void*)0
#endif
  • 通过宏定义，实现编译时的自动兼容和适应替换。
  • 在C++中，NULL定义为立即数0，特点是编译器不做严格类型检查；
  • 在C语言中，NULL定义为(void*)型的0，特点是编译器会执行严格的类型检查，需要做好类型转换工作。

1.3.2 Debug和Release的版本控制

程序的在Debug阶段调试，会包含调试代码，用于显示输入，如：IDE中的调试时数据显示。而Release时需要去除这些冗余的调试输出代码。通过宏替换可以实现轻松的Debug/Release版本切换。

原理如下：

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#ifdef DEBUG
#define dbg() printf()
#else
#define dbg()
#endif
  • 如果源代码中包含一句#define DEBUG，则编译前的预处理阶段，所有代码中的dbg()调试输出函数都会被替换成printf()显示输出函数。
  • 如果源代码中没有对DEBUG进行宏定义，则预处理阶段会将所有的dbg()函数替换为空白，此时，被编译的代码中不包含dbg()调试输出语句。

2 typedef

2.1 概念

typedef与#define的核心区别在于处理阶段不同——#define是预处理器识别读取并执行宏替换的宏语句，工作在编译阶段之前；typedef是编译器实现的类型定义语句，工作在编译时。

因此，#define眼中只有字符串的概念，只知道字符串存不存在宏定义，如何替换源代码中的字符串。而typedef工作在编译阶段，因此存在 变量数据类型、数组、函数 等具体的语言层面的概念。

2.2 实例

2.2.1 基本数据类型

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typedef int size;

void main()
{
  size i;	// 意义：int i;
}
  • 最简单的typedef应用形式，定义变量名的别名，通过#define也可以实现。

2.2.2 数组类型

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typedef char Line[81];

void main()
{
  Line t;   // 意义：char t[81];
}
  • typedef能够处理数组的语义，实际上Line在typedef中被定义为了一个char[81]的”类“，因此Line t实际上定义了一个名为t的Line型对象（即char[81]字符数组对象），此处就不是简单地进行宏替换能实现的了。

2.2.3 函数

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typedef int (*fun_ptr)(int,int);

/* 示例：定义一个简单的示例函数 */
int maxInt(int a, int b)
{
  return a>=b?a:b;
}

void main()
{
  fun_ptr fp;	// 意义：int (*fp)(int, int);
  
  /** 
   * 延伸：函数指针的使用方法 
   */
  /* 初始化函数指针变量 */
  fp = maxInt;	// 或 fp = &maxInt，意义相同
  /* 调用函数（通过函数指针变量） */
  fp(1,2);		// 通过函数指针fp调用maxInt函数
  
}
  • 通过typedef定义了一个函数指针类型fun_ptr，这是一个参数表为两个int，返回值为int的函数的函数指针类型。fun_ptr在定义此类型的函数指针变量时，显然更加简洁明了。

2.2.4 struct结构体

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typedef struct node{
  /* 变量定义 */
}Node;

void main()
{
  Node n;   // 意义：struct node n;
}
  • 此例，Node被定义为了struct node的别名，通过typedef简化变量定义。
  • 注意：如果去除typedef，则按照结构体定义语法，Node将成为该结构体类型的全局变量。

3 小结

3.1 区别#define和typedef

联系指针的概念，理解一下#define和typedef的区别。

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#define dpChar char*

typedef char* tpChar;

void main()
{
  dpChar p1, p2;	// 宏替换后：char* p1, p2;
  tpChar p3, p4;	// p3, p4均为(char*)
}
  • dpChar为宏定义，预处理阶段，该字符串dpChar就被替换为字符串char*，最终定义变量的结果是，p1是char*字符指针变量，p2是char字符变量。
  • tpChar是typedef类型定义，编译阶段，tpChar作为一个字符指针(char*)类型的别名，所定义的变量p3，p4均为字符指针变量。