嵌入式C语言自我修养 12：有一种宏，叫可变参数宏

12.1 什么是可变参数宏

在上面的教程中，我们学会了变参函数的定义和使用，基本套路就是使用 va_list、va_start、va_end 等宏，去解析那些可变参数列表我们找到这些参数的存储地址后，就可以对这些参数进行处理了：要么自己动手，自己处理；要么继续调用其它函来处理。

void print_num(int count, ...)
{
    va_list args;
    va_start(args,count);
    for(int i = ; i < count; i++)
    {
        printf("*args: %d\n",*(int *)args);
        args += ;
    }
}
void __attribute__((format(printf,,))) LOG(int k,char *fmt,...)
{
    va_list args;
    va_start(args,fmt);
    vprintf(fmt,args);
    va_end(args);
}

GNU C 觉得这样不过瘾，再来个猛锤：干脆宏定义也支持变参吧！

这一节我们要学习一下可变参数宏的定义和使用。其实，C99 标准已经支持了这个特性，但是其它的编译器不太给力，对 C99 标准的支持不是很好，只有 GNU C 支持这个功能，所以有时候我们也把这个可变参数宏看作是 GNU C 的一个语法扩展。 上面的 LOG 函数，如果我们想使用一个变参宏实现，就可以直接这样定义。

#define LOG(fmt, ...) printf(fmt, __VA_ARGS__)
​
#define DEBUG(...) printf(__VA_ARGS__)
​
int main(void)
{
    LOG("Hello! I'm %s\n","Wanglitao");
    DEBUG("Hello! I'm %s\n","Wanglitao");
    return ;
}

变参宏的实现形式其实跟变参函数差不多：用 ... 表示变参列表，变参列表由不确定的参数组成，各个参数之间用逗号隔开。可变参数宏使用 C99 标准新增加的一个 __VA_ARGS__ 预定义标识符来表示前面的变参列表，而不是像变参函数一样，使用 va_list、va_start、va_end 这些宏去解析变参列表。预处理器在将宏展开时，会用变参列表替换掉宏定义中的所有 __VA_ARGS__ 标识符。

使用宏定义实现一个变参打印功能，你会发现，它的实现甚至比变参函数还方便！内核中的很多打印宏，经常使用可变参数宏来实现，宏定义一般为下面这个格式。

#define LOG(fmt, ...) printf(fmt, __VA_ARGS__)

在这个宏定义中，有一个固定参数，通常为一个格式字符串，后面的变参用来打印各种格式的数据，跟前面的格式字符串相匹配。这种定义方式有一个漏洞，即当变参为空时，宏展开时就会产生一个语法错误。

#define LOG(fmt,...) printf(fmt,__VA_ARGS__)
int main(void)
{
    LOG("hello\n");
    return ;
}

上面这个程序编译时就会通不过，产生一个语法错误。这是因为，我们只给 LOG 宏传递了一个参数，而变参为空。当宏展开后，就变成了下面这个样子。

printf("hello\n", );

宏展开后，在第一个字符串参数的后面还有一个逗号，所以就产生了一个语法错误。我们需要继续对这个宏进行改进，使用宏连接符 ##，来避免这个语法错误。

12.2 继续改进我们的宏

我们接下来，使用宏连接符 ## 来改进上面的宏。

宏连接符 ## 的主要作用就是连接两个字符串，我们在宏定义中可以使用 ## 来连接两个字符。预处理器在预处理阶段对宏展开时，会将 ## 两边的字符合并，并删除 ## 这两个字符。

#define A(x) a##x
int main(void)
{
    int A() = ; //int a1 = 2;
    int A() = ;  //int a=3;
    printf("%d %d\n",a1,a);
    return ;
}

如上面的程序，我们定义一个宏。

#define A(x) a##x

这个宏的功能就是连接字符 a 和 x。在程序中，A(1) 展开后就是 a1，A( ) 展开后就是 a。我们使用 printf( ) 函数可以直接打印变量 a1、a 的值，因为宏展开后，就相当于使用 int 关键字定义了两个整型变量 a1 和 a。上面的程序可以编译通过，运行结果如下。

知道了宏连接符 ## 的使用方法，我们接下来就可以就对 LOG 宏做一些修改。

#define LOG(fmt,...) printf(fmt, ##__VA_ARGS__)
int main(void)
{
    LOG("hello\n");
    return ;
}

我们在标识符 __VA_ARGS__ 前面加上宏连接符 ##，这样做的好处是，当变参列表非空时，## 的作用是连接 fmt，和变参列表，各个参数之间用逗号隔开，宏可以正常使用；当变参列表为空时，## 还有一个特殊的用处，它会将固定参数 fmt 后面的逗号删除掉，这样宏也就可以正常使用了。

12.3 可变参数宏的另一种写法

当我们定义一个变参宏时，除了使用预定义标识符 __VA_ARGS__ 表示变参列表外，还可以使用下面这种写法。

#define LOG(fmt,args...) printf(fmt, args)

使用预定义标识符 __VA_ARGS__ 来定义一个变参宏，是 C99 标准规定的写法。而上面这种格式是 GNU C 扩展的一个新写法。我们不再使用 __VA_ARGS__，而是直接使用 args... 来表示一个变参列表，然后在后面的宏定义中，直接使用 args 代表变参列表就可以了。

跟上面一样，为了避免变参列表为空时的语法错误，我们也需要添加一个连接符##。

#define LOG(fmt,args...) printf(fmt,##args)
int main(void)
{
    LOG("hello\n");
    return ;
}

使用这种方式，你会发现这种写法比使用 __VA_ARGS__ 看起来更加直观和方便。

12.4 内核中的可变参数宏

可变参数宏在内核中主要用于日志打印。一些驱动模块或子系统有时候会定义自己的打印宏，可以支持打印开关、打印格式、优先级控制等。如在 printk.h 头文件中，我们可以看到 pr_debug 宏的定义。

#if defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG)
#define pr_debug(fmt, ...) \
    dynamic_pr_debug(fmt, ##__VA_ARGS__)
#elif defined(DEBUG)
#define pr_debug(fmt, ...) \
    printk(KERN_DEBUG pr_fmt(fmt), ##__VA_ARGS__)
#else
#define pr_debug(fmt, ...) \
    no_printk(KERN_DEBUG pr_fmt(fmt), ##__VA_ARGS__)
#endif
​
#define dynamic_pr_debug(fmt, ...)                \
do {                                \
    DEFINE_DYNAMIC_DEBUG_METADATA(descriptor, fmt); \
    if (unlikely(descriptor.flags       \
            & _DPRINTK_FLAGS_PRINT))    \
        __dynamic_pr_debug(&descriptor, pr_fmt(fmt),    \
                   ##__VA_ARGS__);      \
} while ()
​
static inline __printf(, )
int no_printk(const char *fmt, ...)
{
    return ;
}
​
#define __printf(a, b)    \
__attribute__((format(printf, a, b)))

看到这个宏定义，不得不佩服宏的作者。一个小小的宏，综合运用各种技巧和知识点，把 C 语言发挥到极致！

这个宏定义了三个版本。如果我们在编译内核时有动态调试选项，那么这个宏就定义为 dynamicprdebug。如果没有配置动态调试选项，那我们还可以通过 DEBUG 这个宏，来控制这个宏的打开和关闭。

no_printk() 作为一个内联函数，定义在 printk.h 头文件中，而且通过 format 属性声明，指示编译器按照 printf 标准去做参数格式检查。

最有意思的是 dynamicprdebug 宏，宏定义采用 do{ ... }while(0) 结构。这看起来貌似有点多余，有它没它，我们的宏都可以工作。反正都是执行一次，为什么要用这种看似“画蛇添足”的循环结构呢？道理很简单，这样定义就是为了防止宏在条件、选择等分支结构的语句中展开后，产生宏歧义。

比如我们定义一个宏，由两条打印语句构成。

#define DEBUG() \
 printf("hello ");printf("else\n")
​
int main(void)
{
    if()
        printf("hello if\n");
    else
        DEBUG();
    return ;
}

程序运行结果如下。

hello if
else

理论情况下，else 分支是执行不到的。但通过运行结果可以看到，程序也执行了 else 分支的一部分代码。这是因为我们定义的宏由多条语句组成，直接展开后，就变成了下面这样。

int main(void)
    {
        if()
            printf("hello if\n");
        else
            printf("hello ");
            printf("else\n")；
        return ;
    }

多条语句在宏调用处直接展开，就破坏了程序原来的 if-else 分支结构，导致程序逻辑发生变化，所以你才会看到 else 分支的非正常打印。而采用 do{ ... }while(0) 这种结构，可以将我们宏定义中的复合语句包起来，宏展开后，就是一个代码块，就避免了这种逻辑错误。

一个小小的宏，暗藏各个知识点，综合使用各种技巧，仔细分析下来，就能学到很多知识。大家在以后的工作和学习中，可能会接触到各种各样、形形色色的宏，只要我们有牢固的 C 语言基础，熟悉 GNU C 的常用扩展语法，再遇到这样类似的宏，我们都可以慢慢去分析了。不用怕，只有自己真正分析过，才算真正掌握，才能转化为自己的知识和能力，才能领略它的精妙之处。