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2.4 高级宏操作
“魔术是什么？魔术是错觉。但是错觉是为了给人带来快乐，娱乐和灵感。这是关于信仰、信念、信任。脱离了这些属性，魔术就不再是一种艺术了。”
——《惊天魔盗团》
之前我们把宏理解为编译时的简单文本替换，实际上还有很多更神奇的宏操作，他们像程序里的魔术师一样，让人惊讶，神往，想一探究竟。但请切记：“The closer you look, the less you see。”
2.4.1 条件编译
宏的第一个魔术，便是保护唯一性，常常在头文件里看到类似下面的内容：
/**
* @file some.h
*/
#ifndef SOME_H
#define SOME_H
/* some codes... */
#endif
在这样的文件中，也许我们会 tyoedef 一些类型，也有可能 define 一些宏，例如： “#define PI 3.1415”。然后在项目的其他文件里，会发现有好多：“#include “some.h””的地方，我们肆无忌惮的使用，甚至在某个文件中两次或者多次包含了 some.h 这个文件。在这种情况下，是否意味着 PI 被重复定义了多次呢？
如果 PI 在某个文件中被重复定义，那么编译器会报错。当我们实际编译这样的项目时，发现并没有错误。这说明：在一个文件中，两次 include 了 some.h，但是其内容只被包含入了一次。
这是怎么做到的？当了解了条件编译之后，你就会理解了。
C/C++中的下列宏可以控制编译器的行为：
#if 整形常量表达式1
程序段1
#elif 整形常量表达式2
程序段2
#else
程序段3
#endif
#if defined 宏名1
程序段1
#elif defined 宏名2
程序段2
#else
程序段3
#endif
#ifdef 宏名
程序段1
#else
程序段2
#endif
#ifndef 宏名
程序段1
#else
程序段2
#endif
上面的宏告诉编译器，只在满足条件的情况下去编译特定的代码。不满足条件的话，对应代码不被编译。
现在，我们回来解析 some.h 文件：如果没有定义 SOME_H 这个宏，则定义一个 SOME_H 这个宏，并且声明“/* some codes... */”中的内容，如定义了 PI 这个宏。如果谋文件两次以上包含了 some.h 这个文，则从第二次开始，会发现之前已经定义过 SOME_H 宏，因此后续的判断都会失败，从而保证 some.h 中的内容只被包含一次。
注意：some.h 中的保护范围实际上是从 #ifdef 开始到 #endif 结束。在此范围之外的内容仍会被多次包含。
条件编译除了被用在头文件中用于避免重复引用外，还被经常被用于增加程序的通用性和可移植性上。如硬件平台有部分差异，造成项目的少部分代码有所不同，此时可以使用条件编译，将有差异的代码放到不同的条件下。对应不同硬件，可以人为改变编译条件，确保编译出对应硬件平台的程序。
2.4.2 宏函数
接下来让我们要Show一些高级魔术。
#define XN2(x, y) ((x##y)*(x##y)) // 这是一个宏函数, 符号 ## 起到字符串链接的作用.
int cr0=2, cr1=3, cr2=4;
printf("%d", XN2(cr, 0)); // print 4.
printf("%d", XN2(cr, 1)); // print 9.
printf("%d", XN2(cr, 2)); // print 16.
你看到的没错，宏是可以接收参数的，在编译时宏的形参被替换为实参。上述宏中使用了 ## 作为字符串链接符，因此第一个 printf 处被替换为：((cr0)*(cr0))。
这里有个长一点儿的宏函数：
#define PI 3.1415
#define Volume(v, s, r, h) \
do { \
(s)=PI*(r)*(r); \
(v)=(s)*(h); \
}while(0)
通过 C/C++ 的换行符，我们将一个比较长的宏函数写成了多行。这段程序用于计算圆柱体体积。问题是上面的 do...while(0) 是用来做什么的？
上面这种写法可以避免在宏替换时出现 if...else 不匹配的情况：
// 下面 a, v, s 为预先定义好的变量，注意 v 和 s 的值会发生变化.
if(a)
Volume(v, s, 5, 10);
else
Volume(v, s, 3, 15);
可以想象，上面的宏 Volume 如果没有被 do...while(0) 包围，则 if 后面有多条语句且没有形成语句块，这就造成 if 没有与后面的 else 配对，出现语法错误。
注意：与普通函数不同，宏函数并不对参数进行类型检查。并且宏参数是基于替换原则，而非函数参数的值传递，这意味着宏中参数的变化直接影响实际参数的值。
2.4.3 编译器内置宏
宏这个魔术师自带一些天然属性，这就是编译器内置宏，这些宏不需要在程序中定义，而可以直接使用：
| 宏名 | 描述 |
|---|---|
| FILE | 编译时被替换问当前源码文件名 |
| LINE | 编译时被替换问当前所在行的行号 |
| FUNCTION | 编译时被替换为当前所在函数的函数名 |
| DATE | 编译时被替换为编译的日期 |
| TIME | 编译时被替换为编译的时间 |
| VA_ARGS | 可变宏参数，与宏参数中的 ... 配对使用 |
以上内置宏常被用于程序的调试工作：
#define DEBUG_LEVEL 1
#define DEBUG(level, fmt, ...) \
do { \
if(level<DEBUG_LEVEL) \
printf(fmt, __VA_ARGS__); \
}while(0)
DEBUG(0, "file:%s, func:%s, line:%d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__); // 打印当前文件名, 函数名和行号.
DEBUG(0, "compile date:%s, time:%s.\n", __DATE__, __TIME__); // 打印编译日期和时间.
DEBUG(1, "Hello.\n"); // 在运行时, 此行不会被打印.
练习
已知双向链表表头结构如下：
struct list_head {
struct list_head *next, *prev;
};
使用宏创建并初始化一个双向链表。