C 语言宏定义（#define）语法与用法大全

宏定义是 C 语言预处理阶段的核心功能，通过#define实现纯文本替换，不占用运行时资源，在代码复用、常量定义、条件编译等场景中不可或缺。下面按「基础语法」→「高级特性」→「实用场景」→「注意事项」的逻辑，全面梳理宏的用法。

一、 基础宏定义：无参数宏（对象宏）

1. 语法格式

#define 宏名 替换文本  // 末尾无分号（避免多余文本插入）

2. 核心功能

将代码中所有出现「宏名」的标识符，在预处理阶段直接替换为「替换文本」，常用于定义常量、魔数别名、代码片段缩写。

3. 示例与注意事项

（1） 定义常量（推荐宏名大写，区分普通变量）

// 1. 数值常量（硬件参数、阈值等）
#define PI 3.1415926
#define BAUD_RATE 115200  // 串口波特率
#define KEY_INTERVAL 100  // 你代码中的按键间隔

// 2. 字符串常量
#define LOG_TAG "ADC_DEBUG"
#define DEFAULT_CONFIG "/etc/config.ini"

// 3. 代码片段缩写（简化重复操作）
#define DELAY_MS(x) usleep((x)*1000)  // 毫秒延时（基于usleep）

（2） 关键注意事项：加括号避免运算优先级问题

无参数宏的替换是「原样替换」，若替换文本包含运算，必须用括号包裹，否则会因运算符优先级导致意外错误。

// 错误示例：无括号，运算优先级异常
#define M 2 + 3
int a = M * 5;  // 替换后：a = 2 + 3 * 5 → 结果17（预期25）

// 正确示例：替换文本整体加括号
#define M (2 + 3)
int a = M * 5;  // 替换后：a = (2 + 3) * 5 → 结果25（符合预期）

（3） 空宏定义

用于条件编译标记，无实际替换文本：

#define DEBUG  // 标记调试模式开启
#define TAG_DISABLE  // 代码中的空宏，用于禁用日志

二、 核心宏定义：带参数宏（函数宏）

1. 语法格式

#define 宏名(参数列表) 替换文本  // 参数列表无类型声明（C语言无类型检查）

2. 核心功能

模拟函数调用，实现「代码片段的参数化复用」，预处理阶段完成替换，无函数调用的栈开销。

3. 示例与关键技巧

（1） 基础示例：简单运算

// 加法宏
#define ADD(a, b) ((a) + (b))
// 最大值宏
#define MAX(a, b) ((a) > (b) ? (a) : (b))
// 最小值宏
#define MIN(a, b) ((a) < (b) ? (a) : (b))

（2） 必做优化：参数 + 整体双重加括号

带参数宏的替换易受运算优先级影响，必须满足两个要求：

1. 每个参数单独用括号包裹（避免参数本身是表达式时出错）

2. 整个替换文本用括号包裹（避免宏作为表达式一部分时出错）

   // 错误示例：无双重括号
   #define MULTIPLY(a, b) a * b
   int x = MULTIPLY(2 + 3, 4 + 5); // 替换后：2 + 3 * 4 + 5 → 结果19（预期45）

   // 正确示例：双重括号
   #define MULTIPLY(a, b) ((a) * (b))
   int x = MULTIPLY(2 + 3, 4 + 5); // 替换后：((2 + 3) * (4 + 5)) → 结果45

（3） 避免宏副作用

宏参数若为「自增 / 自减表达式」（如i++、--j），会因多次替换导致意外结果（函数调用仅执行一次参数表达式）：

// 副作用示例
#define INC(a) ((a)++)
int i = 1;
int b = INC(i + 1);  // 替换后：((i + 1)++) → 语法错误（表达式不能自增）
int c = INC(i);      // 若宏内部多次使用a，i会被多次自增

// 规避方案：尽量使用简单参数（无自增/自减、无函数调用）

三、 宏的高级预处理操作符

C 语言提供 3 个特殊操作符，用于增强宏的功能，也是嵌入式开发中批量配置、日志打印的核心技巧。

1. 字符串化操作符：#

（1） 语法与功能

在带参数宏中，# 可将「宏参数」直接转换为带双引号的字符串常量，无需手动添加引号。

（2） 示例（对应你代码中的DEFINE_ADC_VOLTAGE）

// 将_TAG转为字符串
#define DEFINE_ADC_VOLTAGE(_TAG, ADC, FUNC) {#_TAG, ADC, FUNC},

// 基础示例
#define STR(x) #x
printf("%s\n", STR(123));        // 替换后：printf("%s\n", "123");
printf("%s\n", STR(abc));        // 替换后：printf("%s\n", "abc");
printf("%s\n", STR(ADC_123));    // 替换后：printf("%s\n", "ADC_123");

2. 连接操作符：##

（1） 语法与功能

将「两个标识符」拼接为一个新的标识符（无分隔符），支持宏参数与普通标识符拼接，常用于批量定义变量 / 函数。

（2） 示例

// 基础拼接
#define CONCAT(a, b) a##b
int CONCAT(abc, 123);  // 替换后：int abc123;
CONCAT(printf, _str)("hello");  // 替换后：printf_str("hello");

// 批量定义GPIO函数（嵌入式常用）
#define GPIO_FUNC(pin) GpioLevelSet_##pin
void GpioLevelSet_60(int level);  // 引脚60的设置函数
GPIO_FUNC(60)(1);  // 替换后：GpioLevelSet_60(1);

3. 可变参数操作符：... 与 __VA_ARGS__

（1） 语法与功能

• ...：在宏参数列表末尾，用于接收「不定数量的可变参数」（与printf格式一致）
• __VA_ARGS__：在替换文本中，用于替代...接收的所有可变参数
• 扩展用法：##__VA_ARGS__：解决可变参数为空时的编译错误（自动省略多余的逗号）

（2） 示例（对应你代码中的TAG_DISABLE）

// 空宏，禁用日志
#define TAG_DISABLE(format, ...)

// 实用示例1：调试日志宏（开启/关闭可控）
#ifdef DEBUG
#define LOG_INFO(format, ...) printf("[INFO] " format "\n", ##__VA_ARGS__)
#else
#define LOG_INFO(format, ...)  // 发布模式禁用日志
#endif

// 使用
LOG_INFO("ADC电压：%d mV，标签：%s", 1715, "Call1");
// 调试模式替换后：printf("[INFO] ADC电压：%d mV，标签：%s\n", 1715, "Call1");
// 发布模式替换后：无任何代码

// 实用示例2：无格式字符串的可变参数
#define LOG_ERROR(...) printf("[ERROR] " __VA_ARGS__)

四、 多行宏定义：行连接符 \

1. 语法与功能

当宏的替换文本过长，需要跨多行编写时，在每行末尾 添加 \（行连接符），预处理阶段会忽略 \ 和换行符，将多行合并为一行。

2. 注意事项

• \ 后面不能有任何字符（包括空格、制表符），否则会编译错误
• 最后一行无需添加 \

3. 示例（对应你代码中的ADC_TAG_LIST）

// 多行宏，集中管理ADC数据
#define ADC_TAG_LIST(TAG)           \
    TAG(Call1, 1715, CallKeyHandle) \
    TAG(Call2, 0, CallKeyHandle)    \
    TAG(Call3, 560, CallKeyHandle)  \
    TAG(Call4, 2220, CallKeyHandle) \
    TAG(Exit1, 870, ExitBtnHandle)  \
    TAG(Exit2, 1170, ExitBtnHandle)

// 基础示例：多行运算宏
#define COMPUTE(a, b, c) \
    ((a) * (b) + (c)) + \
    ((a) + (b) * (c))

五、 宏嵌套：宏参数为宏

1. 语法与功能

宏的参数可以是另一个宏的调用，预处理阶段会逐层展开（先展开参数，再展开外层宏），是「一份数据，多用途复用」的核心技巧（对应你代码的核心设计）。

2. 示例（对应你代码中的AdcVoltageGroup）

// 步骤1：定义两个用途不同的宏
#define DEFINE_ADC_TAG(_TAG, ADC, FUNC) _TAG,
#define DEFINE_ADC_VOLTAGE(_TAG, ADC, FUNC) {#_TAG, ADC, FUNC},

// 步骤2：定义数据仓库宏（多行宏）
#define ADC_TAG_LIST(TAG)           \
    TAG(Call1, 1715, CallKeyHandle) \
    TAG(Call2, 0, CallKeyHandle)

// 步骤3：宏嵌套调用，生成不同数组
// 生成标签名数组
char* AdcTagArray[] = {ADC_TAG_LIST(DEFINE_ADC_TAG)};
// 展开后：char* AdcTagArray[] = {Call1, Call2,};

// 生成ADC电压结构体数组（你的代码核心）
static AdcVoltage AdcVoltageGroup[] = {ADC_TAG_LIST(DEFINE_ADC_VOLTAGE)};
// 展开后：static AdcVoltage AdcVoltageGroup[] = {{"Call1",1715,CallKeyHandle}, {"Call2",0,CallKeyHandle},};

六、 条件编译宏：控制代码编译流程

条件编译宏用于根据不同场景（调试 / 发布、跨平台、硬件配置）选择性编译代码，核心指令包括#ifdef、#ifndef、#if、#elif、#else、#endif、#undef。

1. 常用指令说明

指令	功能说明
#ifdef 宏名	判断宏是否已定义（定义过则编译后续代码）
#ifndef 宏名	判断宏是否未定义（未定义则编译后续代码）
#if 常量表达式	判断常量表达式是否为真（非 0 为真）
#elif 常量表达式	#if的分支判断（类似 else if）
#else	条件不满足时的分支（类似 else）
#endif	结束条件编译块（必须配对使用）
#undef 宏名	取消已定义的宏（释放宏名）

2. 实用示例

（1） 调试模式与发布模式切换

#define DEBUG 1  // 1=开启调试，0=关闭调试

#ifdef DEBUG
#define LOG_DEBUG(format, ...) printf("[DEBUG][%s:%d] " format "\n", __FILE__, __LINE__, ##__VA_ARGS__)
#else
#define LOG_DEBUG(format, ...)
#endif

// 使用：调试模式打印文件名+行号，发布模式无输出
LOG_DEBUG("GPIO引脚%d初始化完成", 60);

（2） 跨平台兼容

#define OS_LINUX 1

#if OS_LINUX
#include <unistd.h>
#define DELAY_US(x) usleep(x)
#elif OS_WINDOWS
#include <windows.h>
#define DELAY_US(x) Sleep(x / 1000)
#else
#error "未定义操作系统类型"
#endif

（3） 取消宏定义

#define MAX_NUM 100
printf("MAX_NUM: %d\n", MAX_NUM);  // 输出100

#undef MAX_NUM  // 取消宏定义
#define MAX_NUM 200
printf("MAX_NUM: %d\n", MAX_NUM);  // 输出200

七、 预定义宏：编译器自带的内置宏

C 语言编译器提供一系列预定义宏（无需手动#define），常用于日志打印、调试定位，核心预定义宏如下：

预定义宏	功能说明
__FILE__	当前源文件名（字符串常量）
__LINE__	当前代码行号（整数常量）
__FUNCTION__	当前函数名（字符串常量，GCC 特有）
__DATE__	编译日期（格式："MMM DD YYYY"）
__TIME__	编译时间（格式："HH:MM:SS"）
__STDC__	若为 1，表示遵循 ANSI C 标准

示例

void AdcErrorHandle(int pin) {
    // 打印错误位置、时间
    printf("[ERROR] %s %s:%d - GPIO%d 配置失败\n", 
           __DATE__, __FUNCTION__, __LINE__, pin);
}

八、 宏的优缺点与使用规范

1. 优点

• 无运行时开销：预处理阶段完成替换，不产生函数调用栈，执行效率高
• 代码复用：批量复用代码片段，减少冗余
• 提高可维护性：常量集中定义，修改时只需改宏定义，无需逐行修改
• 灵活扩展：支持条件编译、参数化替换，适配不同场景

2. 缺点

• 代码膨胀：纯文本替换可能导致最终编译的代码体积增大
• 无类型检查：宏参数不做类型校验，容易出现类型不匹配错误
• 调试困难：预处理后宏已展开，调试时无法直接查看宏的原始形态
• 易产生隐藏错误：运算优先级、副作用等问题不易排查

3. 使用规范

1. 宏名大写：区分普通变量 / 函数（如MAX_NUM、ADC_TAG_LIST）
2. 复杂宏加括号：无参数宏整体加括号，带参数宏实现「参数 + 整体」双重括号
3. 避免副作用：参数避免使用i++、--j、函数调用等有副作用的表达式
4. 精简宏逻辑：复杂功能优先用函数实现，宏仅用于简单复用 / 常量定义
5. 注释清晰：对批量配置、复杂宏添加注释，说明用途和参数含义
6. 避免多重定义：同一宏名仅定义一次，必要时用#undef取消后重新定义

总结

1. 宏分为「无参数宏」（常量定义）和「带参数宏」（代码片段复用），核心是「纯文本替换」。
2. 高级特性：#（字符串化）、##（拼接）、.../__VA_ARGS__（可变参数）、\（多行连接）、宏嵌套是嵌入式开发的核心技巧。
3. 条件编译宏（#ifdef/#if）用于控制代码编译流程，预定义宏（__FILE__/__LINE__）用于调试定位。
4. 使用宏时需规避「优先级问题」「副作用」「代码膨胀」等坑，遵循「大写命名、加括号、精简逻辑」的规范。
5. 你提供的 ADC 配置宏（ADC_TAG_LIST/DEFINE_ADC_VOLTAGE）是宏嵌套 + 多行宏的经典应用，实现了「一份数据，多用途复用」。