[收藏] 宏工作原理以及典型面试10问

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
  

• 带参形式（有的地方也称为函数形式function-like）。

  #define SQUARE(x) ((x)*(x))
  

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。