C言語基礎｜関数と関数形式マクロの違い

C言語基礎｜関数と関数形式マクロの違い

「見た目は同じでも、中身は別モノ。関数とマクロの“違い”がバグを減らす！」

C言語を書いていると、関数みたいに呼べるのに #define で作る“関数形式マクロ”に出会います。
ぱっと見は foo(x) で同じ形なのに、動き方はけっこう別物なんですよね。

• 関数は「呼び出す」
• 関数形式マクロは「展開される（貼り付けられる）」

この違いを知らないまま使うと、思わぬ副作用（意図しない増減、関数が2回呼ばれる等）が起きがちです。
ここでは、シンプルな別例を使って「違い」と「安全に使うコツ」を、表と図でしっかり整理します。

まずは題材：絶対値を求める（関数版 / マクロ版）

ここでは分かりやすい 絶対値 abs を求めるプログラムを例に解説していきます。

サンプルA：関数で絶対値を求める

プロジェクト名：chap8-2-1　ソースファイル名：chap8-2-1.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。

// 絶対値（関数）

#include <stdio.h>

int abs_int(int x)
{
    return (x < 0) ? -x : x;
}

int main(void)
{
    int n;

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

    printf("絶対値は%dです。\n", abs_int(n));
    return 0;
}

実行例

数値を入力してください：-7
絶対値は7です。

サンプルB：関数形式マクロで絶対値を求める

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

// 絶対値（関数形式マクロ）

#include <stdio.h>

#define ABS(x) ((x) < 0 ? -(x) : (x))

int main(void)
{
    int n;

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

    printf("絶対値は%dです。\n", ABS(n));
    return 0;
}

実行例

数値を入力してください：-7
絶対値は7です。

見た目の結果は同じ。
でも「中で起きていること」は結構違います。

関数は呼び出し、マクロは展開

図：処理のイメージの違い

この図の説明

• 関数は、プログラムの流れが abs_int に移動して戻ってきます（呼出しと復帰）。
• マクロは、コンパイル前に ABS(n) が式へ展開され、main の中に貼り付けられます。

ポイント1：型の扱いが違う（関数は型を決める、マクロは式に広く適用）

型に関する違い

表の説明
関数は「この型で受け取る」と決めて作ります。だから型ごとに関数名が増えやすいです。
マクロは「式の形を広げる」ので、比較 < や - ができる型なら、同じ書き方で適用しやすくなります。

ポイント2：関数は“内部で作業が起きる”が、マクロは起きない

関数呼び出しでは、私たちが意識しないところで次が行われます。

関数呼び出しで起きること

一方マクロは、式として貼り付くので、これらの「呼び出し作業」はありません。

速度とサイズの傾向（ざっくり）

表の説明
マクロは使った場所ごとに式が埋め込まれます。複雑な式をあちこちで使うと、その分だけサイズが増えやすい、というわけです。

ポイント3：副作用（side effect）が起きやすいのはマクロ

ここが超重要です。
マクロは展開されるので、引数が式の中で複数回出てくると、その式が複数回評価されることがあります。

ABS(a++) の危険な展開

呼び出し側がこう書いたら…

ABS(a++)

展開後はこうなります。

((a++) < 0 ? -(a++) : (a++))

この図の説明
a++ が条件判定でも結果でも出てきます。つまり状況によっては a++ が複数回実行され、a が想定以上に増えます。
これが「副作用が見えにくい」典型例です。

安全な引数 / 危険な引数

関数なら副作用が起きにくい理由

関数 abs_int をこう呼んでも…

abs_int(a++)

a++ は「引数を作る時点」で一度だけ評価され、abs_int の中では仮引数 x として扱われます。
だから a++ が2回走る、みたいなことは基本起きません（関数は引数がコピーされるため）。

超重要：関数形式マクロとオブジェクト形式マクロの違い（空白の罠）

関数形式マクロは、マクロ名の直後に ( が続く形で定義します。

関数形式マクロの書式

#define 名前(引数) 展開する式

ところが、次のように 名前と(の間に空白が入ると…

#define ABS (x) ((x) < 0 ? -(x) : (x))

これは関数形式マクロではなく、オブジェクト形式マクロっぽく扱われて、
「ABS を (x) ((x) < 0 ? -(x) : (x)) に置換する」
みたいな、意図しない状態になりがちです。

空白あり/なしの意味

結論：関数形式マクロは、マクロ名と(の間に空白を入れないのが鉄則です。

命令（ここで使ったもの）の書式と役割まとめ

#include の書式

#include <stdio.h>

何をする？
printf と scanf を使うための宣言を読み込みます。

#define の書式（関数形式マクロ）

#define ABS(x) ((x) < 0 ? -(x) : (x))

何をする？
ABS(何か) を見つけたら、後ろの式へ展開します（コンパイル前に展開）。

printf の書式

printf("書式文字列", 値, ...);

何をする？
画面にメッセージを表示します。

scanf の書式

scanf("書式文字列", 変数のアドレス, ...);

何をする？
入力を読み取り、変数に格納します。
%d は int 用、%lf は double 用です。

まとめ：使い分けのコツ