每日一个底层基础
Day01
宏定义 MIN(A,B)的详细解析
不管是在日常项目还是众多第三方框架中都可以用到很多,而且一部分甚至比较复杂,虽然说一些人认为宏非常简单,但是事实并不一定是这样,能写好一个完整的宏有时需要考虑很多事情
今天就拿最常见的 MIN(A,B) 来举例,
比如现在就有需求,输入两个数字,返回较小的,我们先从简单的开始
我们会想到, int result = A < B ? A:B;
为了方便使用可以写成宏 :
define MIN(A,B) A < B ? A:B;
一些人认为这就完成任务了, 试一下.
NSLog(@"%d",MIN(5,10)); 结果是 5,很好
但是我们会碰到很多实际的问题,
情况一:
int result = 2 * MIN(6,10);
我们期待的结果是 12,但是真是的结果是: 10
我们可以一步步拆开来分析
2 * MIN(6,10) -> 2 * 6<10?6:10;
-> 12<10?6:10 -> 10
所以我们需要进一步的优化:
define MIN(A,B) (A < B ? A:B)
情况二:
int result = MIN(5,6 < 8?6:8);
我们期待的结果是 5, 但是真实的结果是:6
分析:
MIN(5,6 < 8?6:8) -> (5 < 6 < 8?6:8 ?5:6 < 8?6:8)
-> (是不是已经看晕了,做一下整理) ((5 < (6 < 8?6:8) ? 5:6) < 8?6:8)
-> ((5 < 6 ? 5:6) > 8?6:8) -> (5 >8 ? 6:8) ->6
造成这种结果的原因其实还是 运算符号的优先级问题
优化结果:
define MIN(A,B) ((A) < (B) ? (A):(B))
MIN(5,6 < 8?6:8) -> ((5) < (6 < 8 ? 6:8) ? (5):(6 < 8 ? 6:8)) -> ((5) < (6) ? (5) : (6)) ->5
情况三:
float a = 1.0f;
float b = MIN(a++,1.5f)
我们期待的结果是: a = 2.00000, b = 1.0000 但是真实结果是: a = 3 b = 1.5
分析:
首先明确 ++ 的意思, ++ 在前就是先自身 + 1,再参与运算, ++在后就是先参与运算,再自身 + 1
MIN(a++,1.5f) -> ((a++) < (1.5) ? (a++) : (1.5)) -> ((1.0) < (1.5) ? (2.0):(1.5)) -> 2.0
在 ? 前 a变为 2, ?号后 a 变为 3 所以最后的结果为 : a = 3.0000 b = 2.00000
优化:
想要优化就比较难了,
首先补充一个知识点:({...}), GUN C 的赋值扩展
例如: int a = ({
int b = 2;
int c = 1;
b + c;
})
最后的结果是: a = 3 , b,c 只是在{}的代码域中
有了以上的知识,我们可以类比:
define MIN(A,B) ({ typeof(A) __a = (A); typeof(B) __b = (B); __a < __b ? __a : __b; })
先声明两个变量 __a 和 __b , 先让他们进行一次赋值, 最后比较 __a 和 __b 的大小,返回较小的,这样就不会改变原来的逻辑了
情况四:
如果在同一 个scope内已经有__a或者__b的定义的话（虽然一般来说不会出现这种悲剧的命名，不过谁知道呢），这个宏可能出现问题。在申明后赋值将因为定义重 复而无法被初始化，导致宏的行为不可预知。如果您有兴趣，不妨自己动手试试看结果会是什么。Apple在Clang中彻底解决了这个问题，我们把 Xcode打开随便建一个新工程，在代码中输入MIN(1,1)，然后Cmd+点击即可找到clang中 MIN的写法,
#define __NSX_PASTE__(A,B) A##B
#define MIN(A,B) __NSMIN_IMPL__(A,B,__COUNTER__)
#define __NSMIN_IMPL__(A,B,L) ({ __typeof__(A) __NSX_PASTE__(__a,L) = (A); \
__typeof__(B) __NSX_PASTE__(__b,L) = (B); \
(__NSX_PASTE__(__a,L) < __NSX_PASTE__(__b,L)) ? __NSX_PASTE__(__a,L) : __NSX_PASTE__(__b,L); \
})
但可以看出MIN一共由三个宏定义组合而成。
第一个 NSX_PASTE里出现的两个连着的井号##在宏中是一个特殊符号，它表示将两个参数连接起来这种运算。注意函数宏必须是有意义的运算，因此你 不能直接写AB来连接两个参数，而需要写成例子中的A##B。宏中还有一切其他的自成一脉的运算符号，我们稍后还会介绍几个。接下来是我们调用的两个参数 的MIN，它做的事是调用了另一个三个参数的宏NSMIN_IMPL，其中前两个参数就是我们的输入，
而第三个COUNTER我们似乎不 认识，也不知道其从何而来。其实COUNTER是一个预定义的宏，这个值在编译过程中将从0开始计数，每次被调用时加1。因为唯一性，所以很多时 候被用来构造独立的变量名称。有了上面的基础，再来看最后的实现宏就很简单了。整体思路和前面的实现和之前的GNUC MIN是一样的，区别在于为变量名__a和__b添加了一个计数后缀，这样大大避免了变量名相同而导致问题的可能性（当然如果你执拗地把变量叫做 __a9527并且出问题了的话，就只能说不作死就不会死了）。
