面试题：C语言预定义宏在构建复杂框架中的深度应用

Question

假设要构建一个复杂的C语言框架，其中需要高度依赖预定义宏来实现模块的自动注册、错误处理机制以及性能优化。请详细描述你的设计思路，如何使用预定义宏来完成这些功能，并给出关键代码片段的设计示例。

Answer 1

1. 模块自动注册

设计思路

• 使用预定义宏定义模块注册函数和数据结构。在模块代码中，通过宏定义一个模块描述结构体，并在编译时将该结构体注册到一个全局的模块列表中。这样在程序启动时，可以遍历这个全局列表，完成模块的初始化等操作。

关键代码示例

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

// 定义模块描述结构体
typedef struct {
    const char *name;
    void (*init)(void);
} Module;

// 全局模块列表
Module *modules[100];
int module_count = 0;

// 注册模块的宏
#define REGISTER_MODULE(name, init_func) \
    static const Module __##name##_module = { #name, init_func }; \
    static int __##name##_module_registered __attribute__((constructor)) = []() { \
        if (module_count < 100) { \
            modules[module_count++] = (Module *)&__##name##_module; \
        } \
        return 0; \
    }()

// 示例模块初始化函数
void example_module_init(void) {
    printf("Example module initialized.\n");
}

// 注册示例模块
REGISTER_MODULE(example, example_module_init)

// 遍历并初始化所有模块
void init_all_modules(void) {
    for (int i = 0; i < module_count; i++) {
        modules[i]->init();
    }
}

2. 错误处理机制

设计思路

• 使用预定义宏来简化错误处理流程。例如，定义一个宏用于检查函数返回值，如果返回值表示错误，则进行相应的错误处理，如记录错误日志、抛出异常（在C语言中可通过设置全局错误码并进行判断）等。

关键代码示例

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

// 全局错误码
int global_errno = 0;

// 定义错误处理宏
#define CHECK_ERROR(func_call) \
    do { \
        int __err = (func_call); \
        if (__err != 0) { \
            global_errno = __err; \
            fprintf(stderr, "Error occurred in %s, error code: %d\n", #func_call, __err); \
            exit(EXIT_FAILURE); \
        } \
    } while(0)

// 示例函数，返回错误码
int example_function(int param) {
    if (param < 0) {
        return -1;
    }
    return 0;
}

int main() {
    CHECK_ERROR(example_function(-1));
    return 0;
}

3. 性能优化

设计思路

• 利用预定义宏来控制代码的优化级别。例如，在调试版本中，可以通过宏定义一些额外的检查和日志输出，而在发布版本中，通过宏定义将这些调试代码去除，以提高性能。另外，也可以利用宏定义内联函数等优化手段。

关键代码示例

#include <stdio.h>

// 定义调试模式宏
#ifdef DEBUG
#define DEBUG_LOG(fmt, ...) printf(fmt, __VA_ARGS__)
#else
#define DEBUG_LOG(fmt, ...) ((void)0)
#endif

// 示例内联函数宏
#define SQUARE(x) ((x) * (x))

int main() {
    int num = 5;
    DEBUG_LOG("Calculating square of %d\n", num);
    int result = SQUARE(num);
    printf("Square of %d is %d\n", num, result);
    return 0;
}