宏技巧在C语言、嵌入式中的应用

宏打印函数

在我们的嵌入式开发中，使用printf打印一些信息是一种常用的调试手段。但是，在打印的信息量比较多的时候，就比较难知道哪些信息在哪个函数里进行打印。

特别是对于异常情况的打印，我们需要快速定位到异常情况的位置。

这时候我们可以使用宏定义来封装一个宏打印函数，这个宏打印函数可以显示打印信息所在的文件、行数、函数名等信息。如：

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#defineDBG_PRINTF(fmt,args...)
{
printf("<>",__FILE__,__LINE__,__FUNCTION__);
printf(fmt,##args);
}

使用范例：

可见，使用方法与printf的使用方法一样，而且每条打印语句开头都会打印调试信息所在的文件名、行号、函数名信息，方便我们查找一些调试信息。

其中，__FILE__、__LINE__、__FUNCTION__这三个宏是编译器内置宏定义，分别代表调试信息所在文件、行号、函数。

除此之外，常用的宏还有：__DATE__、__TIME__，分别代表当前的编译日期与时间。如：

DBG_PRINTF("Compile Time: %s  %s
", __DATE__, __TIME__);

第二条printf中的##符号是为了处理args不代表任何参数的情况。如：

DBG_PRINTF("Hello world");

当不加##符号是，以上宏的第二条语句被拓展为：

printf("Helloworld
",);

可见，多出了一个逗号，这个逗号是多余的。

加上##符号后，以上宏的第二条语句被拓展为：

printf("Helloworld
");

这才是我们想要的结果。其实这些结果我们通过查看预处理文件可以清晰的知道：

最后需要注意的是，这个DBG_PRINTF还是与printf不一样的。DBG_PRINTF宏是两条语句的组合，无返回值；而printf的原型是：

intprintf(constchar*__format,...)

但是我们一般都很少使用printf的返回值，所以DBG_PRINTF的用法与printf函数基本一致。

打印调试宏开关

通常情况下，一些打印调试信息只是在我们调试阶段需要的，在程序发布阶段是不需要的。

所以，为了避免打印调试信息带来的资源开销，我们可以把这些打印调试语句给注释掉。

一种方法是逐句进行注释，这是一种比较低效的方法。比较高效的方法就是添加调试宏开关，利用条件编译来选择打印/不打印调试信息。

比如我们可以把上面的代码改造为：

#defineDEBUG1

#ifDEBUG
#defineDBG_PRINTF(fmt,args...)
{
printf("<>",__FILE__,__LINE__,__FUNCTION__);
printf(fmt,##args);
}
#else
#defineDBG_PRINTF(fmt,args...)
#endif

根据DEBUG宏的值来选择对应的打印宏函数。当DEBUG的值为1时启动相关的打印调试语句，DEBUG的值为0时则关闭打印调试语句。

这样我们就可以很方便的通过设置DEBUG宏的值来启动与关闭我们整个工程的DBG_PRINTF打印调试信息。

do{}while(0)

其实，上面我们封装的打印宏DBG_PRINTF还有一点缺陷，比如我们与if、else使用的时候，会有这样的一种使用情况：

此时会报语法错误。为什么呢？

同样的，我们可以先来看一下我们的demo代码预处理过后，相应的宏代码会被转换为什么。如：

这里我们可以看到，我们的if、else结构代码被替换为如下形式：

if(c)
{/*.......*/};
else
{/*.......*/};

显然，出现了语法错误。if之后的大括号之后不能加分号，这里的分号其实可以看做一条空语句，这个空语句会把if与else给分隔开来，导致else不能正确匹配到if，导致语法错误。

为了解决这个问题，有几种方法。第一种方法是：把分号去掉。代码变成：

第二种方法是：在if之后使用DBG_PRINTF打印调试时总是加{}。代码变成：

以上两种方法都可以正常编译、运行了。

但是，我们C语言中，每条语句往往以分号结尾；并且，总有些人习惯在if判断之后只有一条语句的情况下不加大括号；而且我们创建的DBG_PRINTF宏函数的目的就是为了对标printf函数，printf函数的使用加分号在任何地方的使用都是没有问题的。

基于这几个原因，我们有必要再对我们的DBG_PRINTF宏函数进行一个改造。

下面引入do{}while(0)来对我们的DBG_PRINTF进行一个简单的改造。改造后的DBG_PRINTF宏函数如下：

#define DBG_PRINTF(fmt, args...)  
do
{
    printf("<> ", __FILE__, __LINE__, __FUNCTION__);
    printf(fmt, ##args);
}while(0)

这里的do...while循环的循环体只执行一次，与不加循环是效果一样。并且，可以避免了上面的问题。预处理文件：

我们的宏函数实体中，while(0)后面不加分号，在实际调用时补上分号，既符合了C语言语句分号结尾的习惯，也符合了do...while的语法规则。

使用do{}while(0)来封装宏函数可能会让很多初学者看着不习惯，但必须承认的是，这确确实实是一种很常用的方法。

在STM32的HAL库中搜索while(0)：

在Linux源码中搜索while(0)：

可见，在实际应用中，do{}while(0)用的很多。

#运算符与##运算符

这两个运算符之前也有分享过，这里顺便也提一下。

#号作为一个预处理运算符，可以把记号转换成字符串。

例如，如果A是一个宏形参，那么#A就是转换为字符串"A"的形参名。这个过程称为字符串化（stringizing）。以下程序演示这个过程：

##运算符可以把两个记号组合成一个记号。以下程序演示这个过程：

这个运算符用得很多。如：

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