Makra

🤓 Tato sekce obsahuje doplňující učivo. Pokud je toho na vás moc, můžete ji prozatím přeskočit a vrátit se k ní později.

Občas můžeme chtít v programech použít stejnou hodnotu na více místech. V takovém případě se hodí danou hodnotu pojmenovat, aby bylo zřejmé, co reprezentuje. Zároveň by bylo užitečné ji nadefinovat pouze na jednom místě, abychom její hodnotu mohli jednoduše upravit bez toho, abychom při tom museli upravovat všechna místa, kde danou hodnotu používáme.

Pomocí příkazu #define <název> <hodnota> můžeme vytvořit makro (macro) s daným názvem a hodnotou. Pokud preprocesor v kódu od řádku s #define do konce zdrojového souboru narazí na název makra, tak tento název nahradí hodnotou makra (opět se jedná o prosté textové nahrazení, tedy Ctrl+C -> Ctrl+V). Zkuste si například, co vypíše tento program:

#include <stdio.h>

#define CENA 25

int main() {
    printf("Cena je %d\n", CENA);
    printf("Dvojnasobek ceny je %d\n", CENA * 2);

    return 0;
}

Představte si, že hodnotu tohoto makra používáme v programu na stovkách míst. Pokud bychom ji potřebovali změnit, tak stačí změnit jeden řádek s #define a preprocesor se poté postará o to, že se hodnota aktualizuje na všech použitých místech.

Makra jsou dle konvence obvykle pojmenována s "caps-lockem", tedy velkými písmeny (respektive stylem screaming snake case).

Je třeba brát na vědomí, že preprocesor opravdu dělá pouhé textové nahrazení. Například následující kód tak nedává smysl:

#define CENA 25
int main() {
    CENA = 0;
    return 0;
}

protože po spuštění preprocesoru se z něj stane tento (nesmyslný) kód:

int main() {
    25 = 0;
    return 0;
}

Makra s parametry

Makra mohou také obsahovat parametry:

#define <název_makra>(<param1>, <param2>, …) <hodnota_makra>

Tyto parametry můžete použít pro definici hodnoty. Nicméně je opět třeba dát pozor na to, že preprocesor pracuje pouze s textem, nerozumí jazyku C. Parametry tak jsou předávány čistě jako text, je tak potřeba dávat si pozor na několik věcí:

• Priorita operátorů Pokud bychom chtěli vytvořit například makro pro výpočet druhé mocniny, můžeme ho napsat takto:

  #define MOCNINA(a) a * a
  

  Pokud však takovéto makro použijeme s nějakým komplexním výrazem, nemusíme dosáhnout kýženého výsledku kvůli priority operátorů:

  #include <stdio.h>
  
  #define MOCNINA(a) a * a
  
  int main() {
      printf("%d\n", MOCNINA(1 + 1));
      return 0;
  }
  

  Řádek s printf totiž preprocesor změní na printf("%d\n", 1 + 1 * 1 + 1);, což jistě není to, co jsme chtěli. Proto je dobré při použití maker s parametry obalovat jednotlivé parametry závorkami:

  #define MOCNINA(a) (a) * (a)
  

  Pak by zde již došlo k úpravě na printf("%d\n", (1 + 1) * (1 + 1));, což vrátí druhou mocninu výrazu 1 + 1, tedy 4.

• Vedlejší efekty Pokud mají argumenty předávané do makra nějaké vedlejší efekty, je třeba si dávat pozor na to, že makro může jednoduše takovýto argument rozkopírovat a tím pádem vedlejší efekt provést vícekrát. Například při použití makra MOCNINA výše by zde došlo k dvojnásobené inkrementaci proměnné x:

  #include <stdio.h>
  
  #define MOCNINA(a) a * a
  
  int main() {
      int x = 0;
      int mocnina = MOCNINA(x++);
      printf("x=%d, mocnina=%d\n", x, mocnina);
  
      return 0;
  }
  

  Do maker tak radši nedávejte argumenty, které způsobují vedlejší efekty.

Makra vs globální proměnné

Globální proměnné jsou také pojmenované hodnoty definované na jednom místě, proč tedy potřebujeme makra? Je to z několika důvodů:

• Makra s parametry umožňují definici hodnot či textu závislou na použitých parametrech, což globální proměnné neumožňují.
• Konstantní globální proměnné nelze použít například pro určení velikosti statických polí.
• Globální proměnné zabírají místo v paměti programu a zároveň zvyšují velikost spustitelného souboru, protože v něm musí být uložena jejich iniciální hodnota (pokud to tedy není 0). Makra se pouze textově nahradí během překladu programu, takže samy o sobě žádnou paměť nezabírají.

Nicméně, makra jsou občas problémová kvůli toho, že se nahrazují čistě jako text. Pokud je to tedy možné, zkuste raději použít pro definici konstant v kódu konstantní globální proměnné.

Podmíněný překlad

Makra mohou také být použity k tzv. podmíněnému překladu (conditional compilation). Pomocí příkazů preprocesoru jako #ifdef nebo #if můžete přeložit kus kódu pouze, pokud je nadefinované určité makro (popřípadě pouze pokud má určitou hodnotu). Toho se běžně využívá například pro tvorbu programů, které jsou kompatibilní s více operačními systémy (např. jedna funkce může mít jinou implementaci pro Linux a jinou pro Windows).

V UPR se s podmíněným překladem nesetkáme, více se o něm můžete dozvědět například zde.