C语言宏的实现作业

一

答案：

解析：

C语言结构体偏移量计算方法

1，使用 `offsetof` 宏

offsetof 宏定义在 <stddef.h> 头文件中，是获取结构体成员偏移量的标准方法

举例：

2，手动实现`offsetof` 宏

cpp 复制代码

#define MY_OFFSETOF(type, member) \
    ((size_t)&((type *)0)->member)

// 或者更安全的版本
#define MY_OFFSETOF(type, member) \
    ((size_t)((char *)&((type *)0)->member - (char *)0))

(type*)0是将数值0强制转换为指向type类型的指针，相当于创建了一个指向地址0的虚拟结构体指针。

->member，通过指针访问结构体成员，同时由于指针指向地址0，成员的地址就是它的偏移量。

解释：将一个结构体指针指向地址0时，我们实际上是在创建一个"参考坐标系"，结构体的起始位置就是地址0，成员的地址 = 起始地址 + 偏移量。

数学理解：

cpp 复制代码

struct Example *ptr = some_address;
&ptr->member = (char *)ptr + offset_of_member

(char*)0就是地址0，而+ offset_of_member = 加上偏移量，结果就是偏移量的数值。

可视化理解：

cpp 复制代码

地址刻度:   0   1   2   3   4   5   ...   24   25   26   27
            [id][id][id][id][n][n]  ...   [gpa][gpa][gpa][gpa]
            ↑           ↑               ↑
            id开始      name开始        gpa开始
            
偏移量:     0           4               24

id 在地址 0，偏移量 = 0 - 0 = 0
name 在地址 4，偏移量 = 4 - 0 = 4
gpa 在地址 24，偏移量 = 24 - 0 = 24

&((type *)0)->member，取成员地址，其实就是成员的偏移量。

((size_t)&((type *)0)->member)，最后就是直接将成员地址转换为size_t类型。

但是我们可以使用一个更加安全的版本

cpp 复制代码

((size_t)((char *)&((type *)0)->member - (char *)0))

成员地址转换为char *（字节指针），减去基地址(char*)0，结果就是字节偏移量，再转换为size_t。

（1）使用指针算术而非直接引用

（2）符合编译器标准

第一种方法的缺点

cpp 复制代码

((size_t)&((type *)0)->member)

（1）可能出现直接对NULL指针进行解引用

（2）技术上是未定义行为，某些编译器会发出警告

注意：%zu是用于打印类型变量的格式说明符。

结构体最后的字符是结构体变量，而非结构体类型，所以宏中应该传入的是struct Student。

总结：

1、先将0转换为一个结构体类型的指针，相当于某个结构体的首地址是0。此时，每一个成员的偏移量就成了相对0的偏移量，这样就不需要减去首地址了。

2、对该指针用->访问其成员，并取出地址，由于结构体起始地址为0，此时成员偏移量直接相当于对0的偏移量，所以得到的值直接就是对首地址的偏移量。

3、取出该成员的地址，强转成size_t并打印，就求出了这个偏移量

二

答案：

解析：

确定整数的二进制位的奇数位和偶数位

位掩码提取法

c语言如何取二进制数的某几位 | PingCode智库

其中(1U << n) - 1中1U指的是无符号整数1，<<n是将1左移n位，-1就是减去1.

举例：1U << 3 = 1000 (二进制) = 8 (十进制)，(1U << 3) - 1 = 1000 - 1 = 0111 (二进制) = 7 (十进制)

打印二进制表示

cpp 复制代码

void print_binary(unsigned int num, int bits) {
    for (int i = bits - 1; i >= 0; i--) {
        printf("%d", (num >> i) & 1);  // 提取第i位的值
        if (i % 4 == 0 && i != 0) printf(" ");  // 每4位加空格分隔
    }
    printf("\n");
}

从最高位(bits-1)到最低位(0)遍历，为什么最高位是bits-1呢，可以类比数组。(num >> i) & 1：右移i位后取最低位。

三

答案：C

解析：

宏不存在执行速度，它是查找替换，选C。A中宏是查找替换，无法设定递归跳出条件，自然无法递归。B中宏是查找替换，都没有执行，类型更是无从谈起。D中直接说了宏的本质。所以只要知道了宏是查找替换，其他问题也就不是问题了。

四

答案：B

解析：

A是宏定义，C是一个比较复杂的预编译语句，但跟条件肯定扯不上关系，D是报错用的，条件编译指令包括#if、#ifdef，#ifndef，#else，#elif、#endif等。除此之外还有#if defined(xxx)的用法。故选B。

五

答案：D

解析：

AB说反了，尖括号是直接去库找，双引号是先从当前目录找，再去库里找。C选项头文件不能定义全局变量，否则如果有多个文件，那链接时会冲突。故选D。D也不是十全十美，在大型项目的开发中，这也并不是一个很好的编程习惯，分类放在不同的头文件并根据特点命名是更好的选择，因为这样更加方便代码的管理和维护，就目前而言，算是一个好习惯吧。

六

答案：A

解析：

解决同一文件重复包含头文件

cpp 复制代码

#ifndef __SOMEFILE_H__
#define __SOMEFILE_H__

// 头文件的内容（函数声明、宏定义、类型定义等）

#endif // __SOMEFILE_H__

1，#ifndef __SOMEFILE_H__，如果未定义宏，就会编译下面的代码，而第一次包含头文件时，这个宏肯定是未定义的，而第二次包含的时候，宏已经被被定义了，所以条件为假，跳过整个头文件内容

2，#define __SOMEFILE_H__，表示这个宏已经被定义了

3，#endif，结束

现代替代方案：`#pragma once`

cpp 复制代码

#pragma once

// 头文件内容
// 不需要#endif

C语言宏的实现作业

一

C语言结构体偏移量计算方法

1，使用 offsetof 宏

2，手动实现offsetof 宏

二

确定整数的二进制位的奇数位和偶数位

打印二进制表示

三

四

五

六

解决同一文件重复包含头文件

现代替代方案：#pragma once

1，使用 `offsetof` 宏

2，手动实现`offsetof` 宏

现代替代方案：`#pragma once`