[收藏] 宏工作原理以及典型面试10问
[导读] C语言中宏是非常有价值的语言特性之一，也是面试中必考察的要点之一，本文来分享总结一些关于宏的常见面试问题。希望能帮助到有需要的小伙伴们。
宏工作原理
以hello word程序为例来看看,将下述代码存成hello.c
#include <stdio.h>
#define STR "hello world"
/*这是一个hello word程序*/
int main(void)
{
printf("%s",STR);
return 0;
}
为了说明问题，这里用下面的命令进行显式预处理，将得到hello.i文件，实际编译过程中，会自动完成。
//gcc -E 生成预处理文件
gcc -E hello.c -o hello.i
来大致看看hello.i文件
# 1 "hello.c"
# 1 "<built-in>"
# 1 "<command-line>"
# 1 "/usr/include/stdc-predef.h" 1 3 4
#删除很多行
.......
extern char *ctermid (char *__s) __attribute__ ((__nothrow__ , __leaf__));
# 912 "/usr/include/stdio.h" 3 4
extern void flockfile (FILE *__stream) __attribute__ ((__nothrow__ , __leaf__));
extern int ftrylockfile (FILE *__stream) __attribute__ ((__nothrow__ , __leaf__)) ;
extern void funlockfile (FILE *__stream) __attribute__ ((__nothrow__ , __leaf__));
# 942 "/usr/include/stdio.h" 3 4
# 2 "hello.c" 2
# 4 "hello.c"
int main(void)
{
printf("%s","hello world");
return 0;
}
上面这步操作做了三件事情：
删除注释：删除所有注释。注释仅供程序员理解代码，注释对机器没有用。因此预处理器在预处理过程中会删除注释，因为注释在执行过程中是不需要的，也不会被执行。所以注释尽管写不影响程序的逻辑，当然写的过也未必是好事，过少也不是好事。个人理解一份好的代码应尽量少注释，应该通过合理的命名习惯，良好的编程风格来提高可读性，在一些关键复杂算法处则应清晰的加上注释。在hello.c中的注释 /*这是一个hello word程序*/ 在预处理后被删除掉了。
文件包含：包含程序需要的所有文件。C语言中使用#include，这是预处理器的指令，告诉预处理器包含指定文件的内容。例如＃include将告诉预处理器将stdio.h中所有的内容包含进来。也可以使用双引号-#include “stdio.h” 注意：如果使用尖括号，则在编译器包含路径中搜索文件。如果文件名用双引号包起来，则搜索路径将扩展为除了编译器包含路径外的当前目录下。
宏展开替换：比如上例中宏STR在预处理时就被展开替换了。宏有两种常见形式：
大致说明了宏的工作原理，来看看一些常见的面试问题：
- 不带参形式（有的地方也称对象形式object-like）。
#define PI 3.1415926f
面试问题1
如下代码，问有多少个"嵌入式客栈"会被打印？ (A) 1 (B) 3 (C) 4 (D) 编译错误
#include <stdio.h>
#define PRINT_HELLO(i, times) do \
{ \
if (i++ < times) \
{ \
printf("嵌入式客栈\n"); \
continue; \
} \
}while(1)
int main()
{
PRINT_HELLO(0, 3);
return 0;
}
答案：D
解析：PRINT_HELLO宏在预处理器时被扩展。宏展开后，if表达式变为：if(0 ++ <3）。0是一个常数，常数如何自增呢？，因此应用增量运算符会产生编译时错误。
面试问题2
下述代码的输出是什么？ (A) 3 (B) 5 (C) 3 或者 5 取决于X的值 (D) 编译错误
#include <stdio.h>
#if A == 3
#define B 3
#else
#define B 5
#endif
int main()
{
printf("%d", B);
return 0;
}
答案：B
解析：乍一看，输出似乎是编译时错误，因为尚未定义宏A，所以A是不等于3的，所以会将B定义为5。你如不信，也可以用上面的办法gcc -E hello.c -o hello.i来验证，或者编译运行一遍。
面试问题3
问：针对下述代码，哪个答案正确？ (A) 嵌入式 (B) 客栈 (C) 编译错误 (D) 运行错误
#include <stdio.h>
#define X 3
#if !X
printf("嵌入式");
#else
printf("客栈");
#endif
int main()
{
return 0;
}
答案：C 编译错误
解析：程序编译三部曲：预处理、汇编、链接，那么在预处理时，上述代码就变成下面这样：
#这里还有stdio.h的包含内容
printf("客栈");
int main()
{
return 0;
}
printf在main外面被调用了，所以编译会出错。
面试问题4
下述代码的输出应该是？ (A) 嵌入式 (B) 客栈 (C) 嵌入式 或 客栈 (D) 编译错误
#include <stdio.h>
#define IS_EQUAL(X, Y) X == Y
int main()
{
#if IS_EQUAL(X, 0)
printf("嵌入式");
#else
printf("客栈");
#endif
return 0;
}
答案：A
解析：条件宏#if IS_EQUAL(X,0)扩展为#if X ==0。预处理结束后，所有未定义的宏均使用默认值0初始化。
面试问题5
下述代码的输出应该是？ (A) 20 (B) 2000 (C) 0 (D) 编译错误
#include <stdio.h>
#define SQUARE(x) x*x
int main()
{
int x;
x = 2000/SQUARE(10);
printf("%d", x);
return 0;
}
答案：B
解析：预处理器用10*10替换SQUARE(10)，表达式变为 x = 2000/10 * 10，x的值计算为2000。如前所说，应定义如下：
#define SQUARE(x) ((x)*(x))
面试问题6
下述代码的输出应该是？ (A) 编译错误 (B) %s Embedded Inn (C) Embedded Inn (D) %s Embedded Inn Embedded Inn
# include <stdio.h>
# define scanf "%s Embedded Inn "
int main()
{
printf(scanf, scanf);
return 0;
}
答案：D
解析：在编译的预处理阶段之后，printf语句将变为。
printf(“％s Embedded Inn”，“％s Embedded Inn”);
面试问题7
下述代码的输出应该是？ (A) 编译错误 (B) 嵌入式客栈 (C) 客栈客栈 (D) 嵌入式嵌入式
#include <stdio.h>
#define STR "嵌入式"
int main()
{
printf("%s",STR);
#define STR "客栈"
printf("%s",STR);
return 0;
}
答案：B
解析：如果重新定义预处理程序指令，则预处理器不会给出任何错误，它可能会发出警告。预处理器在使用之前获取新值，并将其替换。
面试问题8
下述代码的输出应该是？ (A) 100 (B) 编译错误 (C) 0 (D) 1
#include<stdio.h>
#define ADHESION(x,y) x##y
int main()
{
int var1 = 100;
printf("%d", ADHESION(var,1));
return 0;
}
答案：A
解析：运算符##称为“令牌粘贴（Token-Pasting）”或“合并（Merge）”运算符。它将两个符合合并为一个。因此在预处理之后，printf变为。
printf("%d", var1);
面试问题9
下述代码的输出应该是？ (A) 6666.6 (B) 666.6 (C) 编译错误 (D) 无效值
#include <stdio.h>
#define MAX 6666.6f
int main()
{
float MAX = 666.6;
printf("%f ", MAX);
return 0;
}
答案：C
解析：展开一看便知。
int main()
{
float 6666.6 = 666.6; //常数不可为左值
printf("%d ", 6666.6);
return 0;
}
面试问题10
下述代码的输出应该是？ (A) 编译错误 (B) 嵌入式客栈 (C) MAIN (D) main
#include <stdio.h>
#define macro(n, a, i, m) m##a##i##n
#define MAIN macro(n, a, i, m)
int MAIN()
{
printf("嵌入式客栈");
return 0;
}
答案：B
解析：不注意可能会选A，认为将MAIN敲成大写了，其实仔细一看，通过前面两个宏以及粘连操作符##将MAIN替换成main，所以没有问题，这个题目比较骚，主要考察细心以及粘连操作符。
总结一下
面试小提示：实际笔试中，只有掌握了宏的基本操作原理，以及宏预处理的本质，在解题时细心展开，一般而言不会有什么问题。
本文总结了宏的基本工作原理，以及10个比较典型的面试问题，相信对于宏理解不深的盆友会有些许帮助。
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