C 宏问题 -(x) 与 (-x)

Question

我正在查看教授的测验答案，一个问题是：

绝对值宏等函数的正确实现是：

#define abs(x) ((x)<0 ? (-x) : (x))
#define abs(x) ((x)<0 ? -(x) : (x))

为什么第二个比第一个正确？

还有为什么一定要用()。比如涉及的规则是什么？每个变量都需要一个（）？谢谢。

Answer 1

是的，每个变量都需要直接用括号括起来。

原因是因为您可以将不“好”的东西传递给宏，例如算术表达式或任何不是单个变量的表达式。应该很容易看出，使用abs(1+2)，扩展的-(1 + 2) 将给出与(-1 + 2) 不同的结果。这就是为什么-(x) 更正确的原因。

不幸的是，这两个宏都不安全，您应该使用内联函数来代替这样的事情。考虑：

abs (x++); // expands to ((x++) < 0 ? - (x++) : (x++))

这显然是宏的错误，但如果使用内联函数代替它会正常工作。

使用宏代替函数还有其他问题。见this question。

编辑：注意问题是关于 C 的，内联函数可能仅在 C99 中可用。

Answer 2

额外的括号可以解决各种相关问题。我会一一介绍：

试试：int y = abs( a ) + 2

假设您使用：

#define abs(x)  (x<0)?-x:x
...
    int y = abs( a ) + 2

这扩展为int y = (a<0)?-a:a+2。 +2 仅绑定到错误结果。 2 仅在 a 为正时添加，而不是在它为负时添加。所以我们需要括号括起来：

#define abs(x)  ( (x<0) ? -x : x )

试试：int y = abs(a+b);

但是我们可能有int y = abs(a+b) 扩展为int y = ( (a+b<0) ? -a+b : a+b)。如果 a + b 为负数，则当它们为结果相加时 b 不会被否定。所以我们需要把-x的x放在括号里。

#define abs(x)  ( (x<0) ? -(x) : x )

试试：int y = abs(a=b);

这应该是合法的（虽然不好），但它会扩展为int y = ( (a=b<0)?-(a=b):a=b );，它试图将最后的 b 分配给三元组。这不应该编译。 （请注意，它在 C++ 中执行。我必须使用 gcc 而不是 g++ 编译它才能看到它无法编译并出现“invalid lvalue in assignment”错误。）

#define abs(x)  ( (x<0) ? -(x) : (x) )

试试：int y = abs((a<b)?a:b);

这扩展为int y = ( ((a<b)?a:b<0) ? -((a<b)?a:b) : (a<b)?a:b )，它将<0 与b 组合在一起，而不是预期的整个三元组。

#define abs(x)  ( ( (x) < 0) ? -(x) : (x) )

最后，x 的每个实例都容易出现一些需要括号来解决的分组问题。

常见问题：运算符优先级

所有这些的共同点是operator precedence：如果您在abs(...) 调用中放置一个优先级低于宏中使用x 的运算符，那么它将错误地绑定。例如，abs(a=b) 将扩展为 a=b<0，这与 a=(b<0) 相同......这不是调用者的意思。

实施abs的“正确方法”

当然，无论如何，这是实现 abs 的错误方法...如果您不想使用内置函数（并且应该，因为它们将针对您移植到的任何硬件进行优化），那么它应该是内联模板（如果使用 C++），原因与 Meyers、Sutter 等人讨论重新实现 min 和 max 函数时提到的相同。 （其他回答也提到过：abs(x++)会怎样？）

在我的脑海中，一个合理的实现可能是：

template<typename T> inline const T abs(T const & x)
{
    return ( x<0 ) ? -x : x;
}

这里可以省略括号，因为我们知道 x 是单个值，而不是宏的任意扩展。

更好的是，正如 Chris Lutz 在下面的 cmets 中指出的那样，您可以使用模板专业化来调用优化版本（abs、fabs、labs）并获得类型安全、支持非内置类型以及性能。

测试代码

#if 0
gcc $0 -g -ansi -std=c99 -o exe && ./exe
exit
#endif




#include <stdio.h>

#define abs1(x)  (x<0)?-x:x
#define abs2(x)  ((x<0)?-x:x)
#define abs3(x)  ((x<0)?-(x):x)
#define abs4(x)  ((x<0)?-(x):(x))
#define abs5(x)  (((x)<0)?-(x):(x))


#define test(x)     printf("//%30s=%d\n", #x, x);
#define testt(t,x)  printf("//%15s%15s=%d\n", t, #x, x);

int main()
{
    test(abs1( 1)+2)
    test(abs1(-1)+2)
    //                    abs1( 1)+2=3
    //                    abs1(-1)+2=1

    test(abs2( 1+2))
    test(abs2(-1-2))
    //                    abs2( 1+2)=3
    //                    abs2(-1-2)=-1

    int a,b;
    //b =  1; testt("b= 1; ", abs3(a=b))
    //b = -1; testt("b=-1; ", abs3(a=b))
    // When compiled with -ansi -std=c99 options, this gives the errors:
    //./so1a.c: In function 'main':
    //./so1a.c:34: error: invalid lvalue in assignment
    //./so1a.c:35: error: invalid lvalue in assignment

    // Abs of the smaller of a and b. Should be one or two.
    a=1; b=2; testt("a=1; b=2; ", abs4((a<b)?a:b))
    a=2; b=1; testt("a=2; b=1; ", abs4((a<b)?a:b))
    //               abs4((a<b)?a:b)=-1
    //               abs4((a<b)?a:b)=1


    test(abs5( 1)+2)
    test(abs5(-1)+2)
    test(abs5( 1+2))
    test(abs5(-1-2))
    b =  1; testt("b= 1; ", abs5(a=b))
    b = -1; testt("b=-1; ", abs5(a=b))
    a=1; b=2; testt("a=1; b=2; ", abs5((a<b)?a:b))
    a=2; b=1; testt("a=2; b=1; ", abs5((a<b)?a:b))
}

输出

                    abs1( 1)+2=3
                    abs1(-1)+2=1
                    abs2( 1+2)=3
                    abs2(-1-2)=-1
     a=1; b=2; abs4((a<b)?a:b)=-1
     a=2; b=1; abs4((a<b)?a:b)=1
                    abs5( 1)+2=3
                    abs5(-1)+2=3
                    abs5( 1+2)=3
                    abs5(-1-2)=3
         b= 1;       abs5(a=b)=1
         b=-1;       abs5(a=b)=1
     a=1; b=2; abs5((a<b)?a:b)=1
     a=2; b=1; abs5((a<b)?a:b)=1