C语言的“##“用法以及意义

【”##”的“表”用法】

想必很多人都知道”##”的用法——它本质上是一个“胶水运算”，用于把参数宏中的“形参”与其它没
有天然分割的内容粘连在一起，例如：

1. #define def_u32_array(__name, __size) \
2. uint32_t array_##__name[__size];

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实际中，我们可以这样使用：

1. def_u32_array(sample_buffer, 64)

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宏展开的效果是：

1. uint32_t array_sample_buffer[64];

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可以看到，”array__”与形参“__name”是没有天然分割的，因此要想将
“array_”与”__name”所代表的内容（而不是__name本身）粘连在一起，就需要“##”运算的帮助。另一方面，”__name”
与”[“是具有天然分隔的——编译器不会认为”__name”与”[“是连接在一起的，因此这里并不需要画蛇添足的使用”##”运
算——如果你这么做了，预编译器会毫不犹豫的告诉你语法错误。——这是”##”运算的普通用法，在过去转载的文章
《C语言#和##连接符在项目中的应用(漂亮)》中也有详细介绍，这里就不再赘述。

【”##”的官方“里”用法】

“##”还有一个很少为人所知的“里”用法，在介绍它之前，不得不首先说说由ANSI-C99标准引入的另外一个参数宏扩
展——可变参数宏。举个例子：

1. #define safe_atom_code(…)\
2. {\
3. uint32_t int_flag = __disable_irq(); \
4. __VA_ARGS__\
5. __set_PRIMASK(int_flag); \
6. }

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• 这里定义了一个宏”safe_atom_code()”，在括号内，无论你填写任何内容，都会被无条件的放置到“__VA_ARGS__”所在
  的位置，你可以认为括号里的“…”实际上就是对应”__VA_ARGS__”。比如，我们可以写下这样的代码：
  1. /**\fnvoid wr_dat (uint16_t dat)
  2. \brief Write data to the LCD controller
  3. \param[in] datData to write
  4. */
  5. static __inline void wr_dat (uint_fast16_t dat) {
  6. safe_atom_code(
  7. LCD_CS(0);
  8. GLCD_PORT->DAT = (dat >> 8);
  9. /* Write D8..D15 */
  10. GLCD_PORT->DAT = (dat & 0xFF);
  11. /* Write D0..D7 */
  12. LCD_CS(1);
  13. )
  14. }

  复制代码这个代码确保在向寄存器GCLD_PORT->DAT写入数据时不会被其它中断打断。
  聪明的你也许很快就会提出这样的问题，上述宏跟下面的写法有什么区别呢？

  1. #define safe_atom_code(__CODE) \
  2. {\
  3. uint32_t int_flag = __disable_irq(); \
  4. __CODE \
  5. __set_PRIMASK(int_flag); \
  6. }

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  你不仅提出了问题，甚至还实际测试了下，似乎完全等效，“根本没差别嘛！”——你惊呼道。然而，事实上并没有那么简单：

参数宏是通过“,”来作为分隔符来计算用户实际产传入了几个参数的，或者换句话说，在使用参
数宏的时候，预编译器是看不懂C语法的——在它眼中，除了它所认识的少数符号外，其它东西都是无意义的字符串——由于
在处理括号内部的内容时，它只认识”,”和”…”，因此当括号中的内容每增加一个”,”，与编译器就认为多了一个参数。当你使
用参数宏的时候，传入参数的个数（已“,”分开）必须与定义参数宏时候形参的数量完全一致；当不一致的时候，
预编译器可能不会报错，而是直接无视了你的参数宏——把它传递到编译的下一阶段，因而往往会被认作是一个函数——事实
上这个函数是不存在的，因此在链接阶段会报告某某函数未定义的错误。这时候你就会纳闷了，为啥我明明定义的是一个宏，
编译器却把它当作函数呢？

可变参数宏的引入就解决了这个问题：

• “…”只能放在参数宏形参列表的最后；
• 当用户的参数个数超过了规定的参数个数时，所有多出来的内容会一股脑的由“__VA_ARGS__”所背负；
• 当用户的参数个数正好等于形参的个数时，”__VA_ARGS__”就等效于一个空字符串

回头再来看前面的问题，

1. #define safe_atom_code(…)

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与

1. #define safe_atom_code(__CODE)

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的差别在于，前者括号里可以放包括”,”在内的几乎任意内容；而后者则完全不
能容忍逗号的存在——比如你调用了一个函数，函数的参数要用到都好隔开吧？再比如，你用到了逗号表达式……——想想都很
酸爽。
其实，可变参数列表最初诞生的原因之一是为了解决与C函数的可变参数（va_args）配合使用的问题，例如：

1. #define log_info(__STRING, …)printf(__STRING, __VA_ARGS__)

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因此，使用的时候，我们可以这样写：

1. log_info(“————————————\r\n”);
2. log_info(” Cycle Count : %d”, total_cycle_cnt);

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宏展开后实际上对应于：

1. printf(“————————————\r\n”,);
2. printf(” Cycle Count : %d”, total_cycle_cnt);

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看似没有问题，注意到一个细节没有？在第一个printf()的最后多了一个”,”。
虽然有些编译器，例如GCC并不会计较（也许就是一个warning），但对于广大洁癖严重的处女座程序员来说，这怎么能忍，于是
在ANSI-C99标准引入可变参数宏的时候，又贴心了加了一个不那么起眼的语法：当下面的组合出现时 “,##__VA_ARGS__”，
如果__VA_ARGS__是一个空字符串，则前面的”,”会一并被删除掉。因此，上面的宏可以改写为：

1. #define log_info(__STRING, …)printf(__STRING,##__VA_ARGS__)

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此时，前面的代码会被展开为：

1. printf(“————————————\r\n”);
2. printf(” Cycle Count : %d”, total_cycle_cnt);

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处女座表示，这次可以安心睡觉了。

如果说这就是99%的C程序员都不知道的”##”隐藏用法，未免太对不起观众了，实际上本文的正片才刚刚开始。

【正文：”##”的骚操作】

逗号表达式，一直关注公众号的朋友们想必都很熟悉——之前转载的文章《【C进阶】听说用 “ 逗号表达式 ” 仅仅为了秀技？》已经说的非常详细了，
这里就不再赘述。简单说，就是逗号表达式中，逗号的最右边将作为表达式真正的返回值。
结合前面关于”,##__VA_ARGS__”用法的介绍，你们有没有意识到，其实这里的逗号不光可以是参数列表的分隔符，还可以是逗号
表达式的运算符。结合__VA_ARGS__的特性，我们可以写出类似这样的宏：

1. #define EXAMPLE(…) ( 默认值 ,##__VA_ARGS__)

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它有两种使用情况情况：
当我们使用参数宏的时候在括号里不填写任何内容，最终会展开为仅有默认值的情况：

1. EXAMPLE();

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被展开为：

1. ( 默认值 )

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当我们提供了任意的有效值时，则会被展开成逗号表达式：

1. EXAMPLE(我们提供的值);

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被展开为：

1. ( 默认值, 我们提供的值 )

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根据逗号表达式的特性，此时，默认值会被丢弃掉（有些编译器会报告
表达式无效的warning，这是正常的，因为编译器注意到“默认值”所代表的表达式实际上被丢弃了，它觉得我们写了一个无用的表
达式）。

这个技巧其实对API的封装特别有效：它允许我们简化函数API的使用，比如在用户忽略的情况下，自动给函数填充
某些默认值，而在用户主动提供参数的情况下，替代那些默认值。这里我举两个现实中的例子：

• 为函数提供默认的参数

假设我们有一个初始化函数，初始化函数允许用户通过结构体来配置一些参数：

1. typedef struct xxxx_cfg_t {
2. …
3. } xxxx_cfg_t;
4. int xxxx_init(xxxx_cfg_t *cfg_ptr);

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为了简化用户的配置过程，初始化函数会检查指针cfg_ptr是否为NULL，如果为NULL则自动使用默认配置，反之将使用用户定义的
配置。此时，我们可以通过宏来提供默认值NULL：

1. #define XXXX_INIT(…)xxxx_init((NULL,##__VA_ARGS__))

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• 为消息处理提供默认的掩码配置

有些消息处理函数可以批量的处理某一类消息，而具体选中了哪些消息类别，则通常由二进制掩码来表示，
例如：

1. typedef struct msg_t msg_t;
2. struct msg_t {
3. uint16_t msg;
4. uint16_t msk;
5. int (*handler)(msg_t *msg_ptr);
6. };

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此时我们完全可以借助宏来构建一套语法糖：

1. #define def_msg_map(__name, …)\
2. const msg_t __name[] = {__VA_ARGS__};
3. #define add_msg(__msg, __handler, …)\
4. { \
5. .msg = (__msg), \
6. .handler = &(__handler),\
7. .msk = (0xFFFF, ##__VA_ARGS__), \
8. }

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通过宏 add_msg 我们注意到，当用户刻意省略设置msk时，我们就给出默认值 0xFFFF——这很可能表示，在进
行消息处理的时候，消息必须严格匹配才能交给对应的处理函数；当用户指定 msk 时，则可能表示某一类消息都交给同一
个消息处理函数来处理。例如：

2. /*! \note 高字节表示操作的类别:
3. 比如0x00表示控制类，0x01表示WRITE，0x02表示READ
4. */
5. enum {
6. SIGN_UP= 0x0001,
7. WRITE_MEM= 0x0100,
8. WRITE_SRAM = 0x0101,
9. WRITE_FLASH= 0x0102,
10. WRITE_EEPROM = 0x0103,
11. READ_MEM = 0x0200,
12. READ_SRAM= 0x0201,
13. READ_FLASH = 0x0202,
14. READ_EEPROM= 0x0203,
15. };
17. extern int iap_sign_up_handler(msg_t *msg_ptr);
18. extern int iap_write_mem(msg_t *msg_ptr);
19. extern int iap_read_mem(msg_t *msg_ptr);
22. def_msg_map( iap_message_map,
24. /* 严格的将 SIGN_UP 映射到 对应的处理函数中 */
25. add_msg( SIGN_UP, iap_sign_up_handler ),
27. /* 批量处理所有的WRITE操作，使用掩码进行过滤*/
28. add_msg( WRITE_MEM, iap_write_mem, 0xFF00 ),
30. /* 批量处理所有的READ操作，使用掩码进行过滤 */
31. add_msg( READ_MEM,iap_read_mem,0xFF00 ),
33. )

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