C: 매크로의 활용

렉토피아 정혜경 강사님의 Secure & Generic C 강의를 듣고, 정리한 내용입니다. 
해당 내용의 저작권은 정혜경 강사님에게 있습니다.

macro function

 매크로 함수는 컴파일 전에 전처리기에 의해 텍스트로 치환이 된다. 또한 `argument`의 타입 제한이 없다는 특징을 가지고 있다. 이로써 매크로 함수는 편리함을 제공하지만, 간과할 경우 올바르지 않은 결과를 반환하므로 주의하여 사용하여야 한다.

 

 

Side effect

#include <stdio.h>
#define TEST(X) ((X) * (X))

int main()
{
        int i = 1;
        int a = TEST(++i);
}

 간단하게 생각했을 때, 해당 코드는 `TEST(X)`에 `++i`값을 대입한다면 4라는 값이 반환될 것이라고 생각한다. 하지만 이는 매크로 함수를 적절히 이해하지 못한 것이다. 실제 값은 `(++i) * (++i)`의 값이 반환되게 된다.

 

#include <stdio.h>
#define TEST(I) (I * I * I)
// define TEST(I) ((I) * (I) * (I))
// 인자마다 괄호로 묶어야 원하는 결과를 얻을 수 있음.

int main()
{
	int a = TEST(2 + 1);
	// int a = 2 + 1 * 2 + 1 * 2 + 1로 됨. (그대로 풀림.)
	printf("a = %d\n", a);

	return 0;
}

 만약 치환부에 괄호를 적용하지 않는다면 위와 같이 상이한 결과를 직면할 수 있다. 이는 연산자의 우선순위 적용과 함께 매크로 함수로 그대로 값들이 풀려버리기 때문이다. 이를 해결하기 위해서는 적절히 괄호를 사용하여 우선순위를 지정해주어야 한다.

 

for (inti  = 0; i < 1000; i++) {
	abc();
}

 

 위와 같이 반복문 내에서 함수가 지속적으로 호출될 경우, `abc()`가 매크로 함수이면 어떨까? 매크로 함수의 경우 불리는 곳에서 코드가 그대로 들어가기에 효율적이다.

 

local? global?

#include <stdio.h>

size_t count = 0;
#define EXEC_BUMP(func) (func(), ++count)

void g(void)
{
	++count;
}

void aFunc(void)
{
	size_t count = 0;
	while (count++ < 10)
	{
		EXEC_BUMP(g);
        // 일반적으로는 변수명이 일치하지 않다면, extern 변수를 참조하겠지만
        // 매크로 함수가 코드내에 풀리게 되면서 auto variable을 참조하게 됨.
	}
}

int main()
{
	aFunc();
	return 0;
}

 매크로 함수가 호출되는 위치에서 코드가 그대로 들어가게 되는 특성을 이해한다면 위와 같은 문제에 직면할 수 있다는 것을 알 수 있다. 변수를 찾는 경우 `local variable`에서 `global variable` 순으로 찾게 된다. 다르게 판단한다면, 매크로 함수는 `global variable`을 참조할 것이라고 생각되지만 `local variable`을 참조한다.

 

#include <stdio.h>

size_t count = 0;

void g(void)
{
	printf("g() 호출, count = %u.\n", ++count);
}

typedef void (*exec_func)(void); // 함수 주소를 받는 type 지정.
// parameter로 함수 이름을 f로 두어서 사용가능하도록.
inline void exec_bump(exec_func f) {
    f();
    ++count;
}

void aFunc(void)
{
	size_t count = 0;
	while (count++ < 10)
	{
		exec_bump(g);
        // typedef를 통해 g 함수 시작 주소를 전달.
	}
}

int main()
{
	aFunc();
	getchar();
	return 0;
}

 잘 작성한 코드라면 중복되는 의미의 변수를 가지는 것은 좋지 않다. 하지만 위의 상황을 직면하지 않기 위해서는 `typedef`를 활용하면 원하는 결과를 얻을 수 있다.

 

매크로로 지정한 포인터

#define cstring char *

int main() {
    csting ap, bp;
}

 이 코드에서 원하는 결과는 `char *ap`, `char *bp`이다. 하지만 `char *ap`, `char bp`가 선언된다. 물론 적절한 코딩 스타일일 경우 이와 같이 한 줄에 여러 개를 선언하는 것은 잘 못되었다. 원하는 결과를 얻기 위해서는 `typedef char * csting`으로 선언하여야 한다.

 

#/## 연산자 활용

 `#` 연산자의 경우 `#define`에서 사용하는 것에서 알 수 있듯이, 토큰을 텍스트화 시켜주는 기능을 수행한다. 이와 달리 `##`의 경우 토큰을 병합시켜주는 기능을 수행한다.

 

#define PRN(x, type) type##Print(x)
void charPrint(char);
void shortPrint(short);
void intPrint(int);

int main()
{
	char ch = 'A';
	short s = -1;
	int i = 2147483647;

	PRN(ch, char);
	PRN(s, short);
	PRN(i, int);

	return 0;
}

 이를 적절히 활용한다면, `type`에 따라 함수를 호출하지 않고 `argument`만 달리 하는 식으로 함수를 호출하는 기능을 만들 수 있다.

 

여러 줄의 매크로

#include <stdio.h>
#define SWAP(x,y) \
	tmp = x; \
	x = y; \
	y = tmp

int main()
{
	int x, y, z, tmp = 0;

	printf("x = ");	scanf("%d", &x);
	printf("y = ");	scanf("%d", &y);
	printf("z = ");	scanf("%d", &z);

	if (z == 0) SWAP(x, y);
	printf("x = %d, y = %d, z = %d\n", x, y, z);
	return 0;
}

 C코드를 작성할 때 흔히, `if`에서 한 줄의 코드를 실행시키고자 한다면 위와 같이 작성한다. 하지만 앞서 언급하였듯이 매크로 함수는 호출된 위치에서 코드가 직접 들어간다는 특징을 가지고 있다. 따라서 이를 변경하면 다음과 같다.

 

int main()
{
    if (z == 0)
    	//SWAP 호출
    	tmp = x;
    x = y;
    y = tmp;
}

 즉 if문의 성공 여부에 상관 없이 아래의 코드는 무조건 수행하게 된다. 따라서 `if (z == 0) { SWAP(x, y); }`를 사용한다.

 

do { \
	tmp = m; \
	x = y; \
	y = tmp; \
} while (0)

 중괄호 없이 사용하고자 한다면, 매크로를 `do-while`로 감싸 줌으로써 동일한 기능을 수행하도록 할 수 있다.

 

macro vs const

 상수를 선언할 때는 2가지 방법을 사용한다. 하나는 `macro`이고 하나는 `const`이다. 두 가지 모두 상수이지만 어떤 목적인가에 따라 다르게 사용할 수 있다.

 

#define PI 3.14
// 파일 내에 모든 함수에서 같은 값으로 쓰고 싶다면, 주소참조 불가.
const doulbe 3.14
// 같은 파일 내에 함수별로 상수를 선언하고자 하는 경우

 즉 `macro`를 통해 선언된 상수의 경우 파일 내에 모든 함수에서 적용할 수 있는 값을 선언할 경우에 사용할 수 있다. 이와 달리 `const`의 경우 같은 파일 내에 함수 별로 상수를 선언하고자 하는 경우에 적절히 이용될 수 있다.