面试题：C语言预处理指令中的#和##运算符

Question

在C语言预处理中，#和##运算符有什么作用？请通过实际代码示例，展示如何使用这两个运算符来实现字符串化和标记连接，并且解释在复杂宏定义中使用它们可能遇到的问题及解决方案。

Answer 1

1. #运算符 - 字符串化：
   • 作用：#运算符用于将宏参数转换为字符串常量。
   • 代码示例：

#include <stdio.h>
#define STRINGIFY(x) #x
int main() {
    int num = 10;
    printf("%s\n", STRINGIFY(num));
    return 0;
}

• 解释：在上述代码中，STRINGIFY(num) 会将 num 转换为字符串 "num"，然后通过 printf 输出。

2. ##运算符 - 标记连接：
   • 作用：##运算符用于将两个标记连接成一个新的标记。
   • 代码示例：

#include <stdio.h>
#define CONCAT(a, b) a##b
int main() {
    int num12 = 20;
    printf("%d\n", CONCAT(num, 12));
    return 0;
}

• 解释：在上述代码中，CONCAT(num, 12) 会将 num 和 12 连接成 num12，从而能够正确访问 num12 变量并输出其值。

3. 复杂宏定义中可能遇到的问题及解决方案：
   • 问题：
     • 参数优先级问题：在复杂宏中，参数的优先级可能导致错误。例如：

#define MULTIPLY(a, b) a * b
#define COMPLEX_MACRO(x) MULTIPLY(x + 1, x - 1)

如果调用 COMPLEX_MACRO(5)，实际展开为 5 + 1 * 5 - 1，由于乘法优先级高于加法和减法，结果不是预期的 (5 + 1) * (5 - 1)。 - 递归展开问题：当宏定义中存在递归展开可能时，会导致预处理器无限循环。例如：

#define EXPAND_ME(x) EXPAND_ME(x)

• 解决方案：
  • 参数优先级问题：在宏定义中使用括号确保正确的运算顺序。例如，修改 MULTIPLY 宏为 #define MULTIPLY(a, b) ((a) * (b))，这样 COMPLEX_MACRO(5) 展开为 ((5 + 1) * (5 - 1))，能得到正确结果。
  • 递归展开问题：确保宏定义不会导致无限递归，仔细检查宏的逻辑，避免自我调用无终止情况。在宏定义中添加条件判断来控制递归深度，例如：

#define MAX_DEPTH 5
#define EXPAND_ME(x, depth) \
    (depth > MAX_DEPTH? x : EXPAND_ME(x, depth + 1))

这样可以在达到最大深度后停止递归展开。