宏定義在C類語言中非常重要，因為宏是一種預編譯時的功能，是以其可以比運作時更高層面的對程式流程進行控制。在初學宏定義的時候，大家可能都會有這樣一種感覺：就是完全替換麼，太簡單了。但如果你真這麼想，那你就太天真了，不說自己編寫宏，在Foundation架構中内置定義的許多宏要看明白也要費一番腦筋。本篇部落格，總結了前輩的經驗，同時收集了一些編寫非常巧妙的宏進行分析，希望可以幫助大家對宏定義有更加深刻的了解，并且可以将心得應用于實際開發中。
一、準備
宏的本質是預編譯時的替換，在開始正文之前，我們需要先介紹一種觀察宏替換後結果的方法，這樣幫助我們更友善的對宏最終的結果進行驗證與測試。Xcode開發工具自帶檢視預編譯結果的功能，首先需要對工程編譯一遍，之後選擇工具欄中的Assistant選項，打開助手視窗，如下圖所示：
之後選擇視窗的Preprocess選項，即可打開預編譯結果視窗，可以看到，宏被替換後的最終結果，如下圖所示：
後面，我們将使用這種方式來對編寫的宏進行驗證。
二、關于“宏定義”
宏使用#define來進行定義，宏定義分為兩種，一種是對象式宏，一種是函數式宏。對象式宏通常對來定義量值，在預編譯時，直接将宏名替換成對應的量值，函數式宏在定義時可以設定參數，其作用與函數很類似。
例如，我們可以将π的值定義成一個對象式宏，在使用的時候，用有意義的宏名要比直接使用π的字面值友善很多，例如：
#import <Foundation/Foundation.h>
#define PI 3.1415926
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
// insert code here...
CGFloat res = PI * 3;
NSLog(@"%f", res);
}
return 0;
}
函數式宏要更加靈活一些，例如對圓面積計算的方法，我們就可以将其定義成一個宏：
#define CircleArea(r) PI * r * r
CGFloat res = CircleArea(1);
現在，有了這個面積計算宏我們可以更加友善的計算圓的面積了，看上去很完美，後面我們就使用這個函數式宏為例，來深入了解宏的原理。
三、從一個簡單的函數式宏說起
再來看下上面我們編寫的計算面積的宏，正常情況下好像沒什麼問題，但是需要注意，歸根結底宏并不是函數，如果完全把其作為函數使用，我們就可能會陷入一系列的陷阱中，比如這樣使用：
CGFloat res = CircleArea(1 + 1);
運作代碼，運算的結果并不是半徑為2個圓的面積，哪裡出了問題呢，我們還是先看下宏預編譯後的結果：
CGFloat res = 3.1415926 * 1 + 1 * 1 + 1;
一目了然了，由于運算符的優先級問題導緻了運算順序錯誤，在程式設計中，所有運算符優先級産生的問題都可以使用一種方式解決：用小括号。對CircleArea宏進行一下改造，如下：
#define CircleArea(r) (PI * (r) * (r))
對執行順序進行了強制的控制，代碼執行又恢複了正常，看上去好像是沒有問題了，現在就滿意了還為時過早，例如下面這樣使用這個宏：
#define CircleArea(r) PI * (r) * (r)
int r = 1;
CGFloat res = CircleArea(r++);
NSLog(@"%f, %d", res, r);
運作，發現結果又錯了，不僅計算結果與我們的預期不符，變量自加的的結果也不對了，我們檢查其展開的結果：
CGFloat res = 3.1415926 * (r++) * (r++);
原來問題出在這裡，宏在展開的時候，将參數替換了兩次，由于參數本身是一個自加表達式，是以被自加了兩次，産生了問題，那麼這個問題怎麼解決呢，C語言中有一種很有用的文法，即使用大括号定義代碼塊，代碼塊會将最後一條語句的執行結果傳回，修改上面宏定義如下：
#define CircleArea(r) \
({ \
typeof(r) _r = r; \
(PI * (_r) * (_r)); \
})
這次程式又恢複的了正常。但是，如果如果在調用宏是變量的名字與宏内的臨時變量産生了重名，災難就又發生了，例如：
int _r = 1;
CGFloat res = CircleArea(_r);
NSLog(@"%f, %d", res, _r);
運作上面代碼，會發現宏内的臨時變量沒有被初始化成功。這确實難受，我們在進一步，比如對臨時變量的名字做一些手腳，将其命名為極其不容易重複的名字，其實系統内置的一個宏就是專門用來構造唯一性變量名的：__COUNTER__，這個宏是一個計數器，在編譯的時候會自動進行累加，再次對我們編寫的宏進行改造，如下：
#define PAST(A, B) A##B
#define CircleArea(r) __CircleArea(r, __COUNTER__)
#define __CircleArea(r, v) \
({ \
typeof(r) PAST(_r, v) = r; \
(PI * PAST(_r, v) * PAST(_r, v)); \
CGFloat res2 = CircleArea(_r);
NSLog(@"%f, %f", res, res2);
這裡改造後，我們的宏就沒有那麼容易了解了，首先__COUNTER__在每次宏替換時都會進行自增，##是一種宏中專用的特殊符号，用來将參數拼接到一起，但是需要注意，使用##符号拼接的如果是另外一個宏，則其會阻止宏的展開，是以我們定義了一個轉換宏PAST(A, B)來處理拼接。如果你一下子不能了解為什麼這樣就可以解決宏展開的問題，你隻需要記住這樣一條宏展開的原則：如果形參有使用#或##這種處理符号，則不會進行宏參數的展開，否則先展開宏參數，在展開目前宏。上面代碼最終預編譯的結果如下：
CGFloat res = ({ typeof(_r) _r0 = _r; (3.1415926 * _r0 * _r0); });
CGFloat res2 = ({ typeof(_r) _r1 = _r; (3.1415926 * _r1 * _r1); });
一個簡單的計算圓面積的宏，為了安全，我們就進行了這麼多的處理，看來要用好宏，的确不容易。