C言語基礎｜コンマ演算子を用いた関数形式マクロ

C言語基礎｜コンマ演算子を用いた関数形式マクロ

「if の中でマクロが壊れる理由、ちゃんと説明できますか？─コンマ演算子で安全にまとめるコツ」

コンマ演算子を用いた関数形式マクロって、何がうれしいの？

関数形式マクロは、見た目は関数呼び出しっぽいのに、実体はプリプロセッサによる展開（置き換え）です。
この性質のおかげで「便利に書ける」反面、複数の処理をまとめようとして { } を使うと、if–else の形が崩れて翻訳時エラーになったりします。

そこで活躍するのが コンマ演算子。
複数の式を 1つの式 にまとめられるので、マクロの展開結果を「単一の式文」にできて、if–else の中でも安全に使えるようになります。

この記事では、わざと失敗するマクロ → なぜ失敗するか → コンマ演算子で直す、という流れで、表と図つきでしっかり解説しますね。

まずは失敗例：複合文 { } を返すマクロは if–else と相性が悪い

次のサンプルは、記号を出してからメッセージを表示するマクロです。内容はシンプルですが、わざと “危ない形” にしています。

サンプル（誤り）：複合文に展開されるマクロ

プロジェクト名：chap8-4-1　ソースファイル名：chap8-4-1.c

Visual Studio でこのプログラムを実行するには、SDLチェック設定を変更しておく必要があります。
１．プロジェクト名を右クリックして、「プロパティ」をクリックします。
２．「C/C++」→「全般」→「SDLチェック」を「いいえ」に切り替えて「OK」をクリックします。

#include <stdio.h>

// 記号を出してからメッセージ表示（誤り）
#define mark_puts(msg) { putchar('>'); puts(msg); }

int main(void)
{
    int n;

    printf("整数を入力してください：");
    scanf("%d", &n);

    if (n > 0)
        mark_puts("プラスの値です。");
    else
        mark_puts("ゼロ以下の値です。");

    return 0;
}

このプログラムは、翻訳時エラーになりやすいです（コンパイラは else が迷子になります）。

展開後に if が途中で終わってしまう

上の if 文を「マクロ展開後の姿」にすると、こうなります。

誤ったマクロの展開（イメージ）

if (n > 0)
{ putchar('>'); puts("プラスの値です。"); } ;
else
{ putchar('>'); puts("ゼロ以下の値です。"); } ;

何が起きている？

ポイントはここです。

• { putchar(...); puts(...); } は 複合文（1つの文）
• その直後の ; は 空文（何もしない1文）
• つまり if (n > 0) が担当するのは、最初の { ... } までで完結してしまう
  そのあとに ; が独立した文として現れ、さらに else が出てくる

コンパイラ目線だと、
「if がもう終わっているのに、どうして else があるの？」
となってエラーになります。

じゃあ { } を消せばいい？

例えばこうすると…

#define mark_puts(msg) putchar('>'); puts(msg);

今度は if が putchar だけを担当して、puts は常に実行される みたいな “別の事故” を呼びやすいです。
つまり、複数処理を素直に書くほど、if–else の文のまとまりと衝突しやすいんですね。

解決策：コンマ演算子で「複数の式」を「単一の式」にする

ここで使うのが コンマ演算子 です。

Table 1 コンマ演算子のルール

表の説明
コンマでつないだ a, b は 1つの式 です。
中では左から順に評価されますが、最終的な「式の値」は右側（b）になります。

正しい書き方：マクロを 1つの式に展開させる

さっきのマクロを、コンマ演算子で書き直します。

サンプル（正しい）：コンマ演算子で単一の式にする

プロジェクト名：chap8-4-2　ソースファイル名：chap8-4-2.c

Visual Studio でこのプログラムを実行するには、SDLチェック設定を変更しておく必要があります。
１．プロジェクト名を右クリックして、「プロパティ」をクリックします。
２．「C/C++」→「全般」→「SDLチェック」を「いいえ」に切り替えて「OK」をクリックします。

#include <stdio.h>

// 記号を出してからメッセージ表示（正しい）
#define mark_puts(msg) (putchar('>'), puts(msg))

int main(void)
{
    int n;

    printf("整数を入力してください：");
    scanf("%d", &n);

    if (n > 0)
        mark_puts("プラスの値です。");
    else
        mark_puts("ゼロ以下の値です。");

    return 0;
}

実行例

整数を入力してください：0
>ゼロ以下の値です。

図で理解：if の中身が「式文 1個」になる

正しいマクロの展開（イメージ）

if (n > 0)
    (putchar('>'), puts("プラスの値です。"));
else
    (putchar('>'), puts("ゼロ以下の値です。"));

ポイント

• (putchar(...), puts(...)) は 式
• その式に ; が付くと 式文（単一の文） になる
• だから if と else の対応関係が崩れません

重要：複数の式に置換するマクロは「単一の式」になるように作る

ここ、この記事の核心です。

複数処理マクロの安全度

表の説明
if の後ろに置けるのは「1つの文」です。
コンマ演算子を使って「1つの式」にしておけば、最後に ; を付けて「1つの式文」になり、構文が安定します。

コンマ演算子の性質を、もう少しだけ丁寧に

コンマ式 a, b は次の性質があります。

• a が先に評価される（副作用があればここで起きる）
• a の値は捨てられる
• b が評価され、式全体の型と値になる

例：右側の結果が代入される

int i = 3;
int j = 5;
int x;

x = (++i, ++j);

このときの流れはこうです。

評価順序のイメージ

++i を実行 → i は 4（この値は捨てる）
++j を実行 → j は 6（この値が式全体の値）
x に 6 が代入される

この章で登場する命令・記号の書式と役割

ここからは、出てきた要素を「何をするもの？」で整理します。

#define の書式（関数形式マクロ）

書式

#define マクロ名(仮引数) 置換内容

何をする？
ソース中の マクロ名(…) を、コンパイル前に 置換内容 へ展開します。
今回の mark_puts(msg) は、msg の部分に引数が入り、(putchar(...), puts(msg)) に展開されます。

if / else の書式

書式

if (条件)｛
    文;
｝else｛
    文;
｝

何をする？
条件が真なら if 側の文を実行し、偽なら else 側の文を実行します。
大事なのは、if (条件) の直後に置けるのは 文が1つ という点です（ここにマクロが食い込むと事故が起きます）。

putchar の書式

書式

putchar(文字);

何をする？
1文字を出力します。今回の例では > を表示して、ログっぽい見た目を作っています。

puts の書式

書式

puts("文字列");

何をする？
文字列を表示し、最後に改行も出します。短いメッセージ表示に便利です。

printf / scanf の書式（入力を受け取る部分）

printf

printf("書式文字列", 値, ...);

表示用（問いかけ文を出す）。

scanf

scanf("書式文字列", 変数のアドレス, ...);

入力用（今回なら %d で int を読む）。
&n は n の格納場所（アドレス）を渡しています。

セミコロン ; の意味

• 式; は 式文（その式を実行する1つの文）
• ; だけだと 空文（何もしない1つの文）

失敗例では、この ; が構文を崩す引き金になりました。

まとめ：コンマ演算子マクロの使いどころ

• 複数の処理をマクロでまとめたいとき
• しかも if–else の中でも安全に使いたいとき
• その場合は (式, 式) で 1つの式にして、式文として扱える形にする。

これで、見た目が関数っぽいマクロでも、構文事故をかなり減らせます。