“对于宏这样的预处理器，只应该适量使用，所以无须深入讨论。”
—— 《C Expert Programming》

对于PC程序来说，确实应该多用函数、少用宏。
但是在嵌入式系统中，函数调用的时间开销是不可忽视的。
一些简单的功能应尽量用宏实现。


1 包含守卫

#ifndef UART_INCLUDED
#define UART_INCLUDED

/* 头文件内容 */

#endif

这种通过ifndef/define/endif结构产生的预处理块的惯用法，
可以防止头（.h）文件被重复引用。


2 条件编译

#if condition1

code1

#elif condition2

code2

#else

code3

#endif

这种通过条件开关控制代码是否编译的方法也是很常见的。
典型的如NDEBUG宏和assert断言，可用于Debug版程序的调试。


3 重定义数据类型

通过重新定义数据类型，可以防止由于各种平台和编译器的不同，
而产生的某些数据类型的差异，也便于代码的移植。

有观点认为通过#define指令重定义比较好，
因为“编译器对内建数据类型的处理效率高”，如：

#define uint8    unsigned char
#define uint16    unsigned short
#define uint32    unsigned long

个人认为，这种观点并不见得有多少道理，使用比较广泛的还是typedef方式：

typedef unsigned char    uint8;
typedef unsigned short    uint16;
typedef unsigned long    uint32;

typedef signed char    int8;
typedef signed short    int16;
typedef signed long    int32;


4 求最大/小值

#define max(x, y)    ((x) > (y) ? (x) : (y))
#define min(x, y)    ((x) < (y) ? (x) : (y))

宏毕竟不是函数，只是简单的文本替换。有时会带来副作用。

例如上面的两个宏，不但参数必须加括号，最外层也必须加括号。
这是为了保证宏展开后的正确性，一般教科书都有讲解，这里不作讨论。

但是即便是这样正确定义了的宏，若是使用不当，也会造成错误。
这两个宏存在的最大隐患是参数的“二次求值”，如：
max(x++, y)将被展开为((x++) > (y) ? (x++) : (y))
这样x++被求值两次，程序结果必然与预期不符。


5 求结构成员偏移量和尺寸

#define OFFSET(type, field)    (size_t)&( ((type *)0)->field )
#define SIZE(type, field)    sizeof( ((type *)0)->field )

ANSI C标准允许值为0的常量被强制转换成任何一种类型的指针，
并且转换结果是一个NULL指针，因此((type *)0)的结果就是一个类型为type *的NULL指针。
如果利用这个NULL指针来访问type的成员当然是非法的，
但&( ((type *)0)->field )的意图仅仅是计算field字段的地址。
聪明的编译器根本就不生成访问type的代码，
而仅仅是根据type的内存布局和结构体实例首址在编译期计算这个（常量）地址，
这样就完全避免了通过NULL指针访问内存的问题。
又因为首址为0，所以这个地址的值就是字段相对于结构体基址的偏移。
以上方法避免了实例化一个type对象，并且求值在编译期进行，没有运行期负担。

然而，SIZE宏当中的((type *)0)->field不是访问了结构体中的成员吗？
咋看之下确实存在问题，其实玄妙之处在于sizeof运算符。
sizeof运算符是一个编译期求值的运算符，所以这个表达式在编译时已成为一个常量，
其中的((type *)0)->field在运行期根本不存在了，当然不会被求值。
因此，也不存在对NULL指针解除引用的问题了。

stddef.h中专门定义了offsetof(s, m)宏，
来求取任意一个结构类型中某个字段的偏移，并且绝大多数实现都采用了上述的方法。


6 一些精巧的实现

求比x大的最接近的base的倍数（其中，x应为非负整数，base应为正整数）
#define RND(x, base)        ((((x)+(base)-1) / (base)) * (base))

求数组元素的个数
#define    ARR_SIZE(a)        (sizeof(a) / sizeof((a[0])))

计算一个非负整数x对2的幂次n取模
#define MOD_POW_OF_TWO(x, n)    ((x) & ((n)-1))

判断一个正整数n是否为2的幂次
#define IS_POW_OF_TWO(n)    (!((n) & ((n)-1)))

2的p次幂次的二进制表示必为最高位是1，低p位全为0；减1后则为p位，且全为1。


7 为结构提供简便的记法

下面这段代码是Net/3中mbuf的实现：

struct mbuf
{
    struct m_hdr mhdr;
    union {
        struct
        {
            struct pkthdr MH_pkthdr; /* M_PKTHDR set */
            union
            {
                struct m_ext MH_ext; /* M_EXT set */
                char MH_databuf[MHLEN];
            } MH_dat;
        } MH;
        char M_databuf[MLEN];        /* !M_PKTHER, !M_EXT*/
    } M_dat;
};

若想访问最里层的MH_databuf，则必须写成M_dat.MH.MH_dat.MH_databuf，
这样的代码很长也很难容易出错，并且阅读起来也不明了。

其实，对于MH_pkthdr、MH_ext、MH_databuf来说，虽然不是在一个结构层次上，
但是如果站在mbuf之外来看，它们都是mbuf的属性，完全可以压扁到一个平面上去看。
所以，源码中有这么一组宏：

#define m_next   m_hdr.mh_next
#define m_len    m_hdr.mh_len
#define m_data   m_hdr.mh_data
......
#define m_pkthdr M_dat.MH.MH_pkthdr
#define m_pktdat M_dat.MH.MH_dat.MH_databuf
......

这样写起代码来，就变得很精炼了。