C言語基礎｜マクロで広がるC言語プログラミング

C言語基礎｜マクロで広がるC言語プログラミング

「同じ処理、型ごとに何回書く？─マクロで“1回”にまとめよう。」

C言語って、シンプルで速くて、書いたとおりに動いてくれるのが最高なんですが……その反面、型が違うだけで同じような関数を何個も作りたくなること、ありますよね。

たとえば「小さいほうを返す」「上限・下限に収める」「2つを比較する」みたいな処理は、intでもdoubleでもやりたいのに、関数として書くと min_int、min_double…と増えていきがちです。

そこで活躍するのが 関数形式マクロ（function-like macro）。
これは「関数っぽい形で呼び出せるのに、実体は置換・展開でできる」仕組みです。うまく使うと、同じ書き方で複数の型に対応できて、プログラムの見通しがグッと良くなります。

この記事では、関数形式マクロの基本と注意点を、表と図でしっかり解説します。

まずは「型ごとに関数を作り分ける」例

ここでは「2つの値のうち小さいほうを返す」処理を題材にします。

サンプル1：int用とdouble用で関数を分ける

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

// 整数と実数の小さいほうを返す（関数で作り分け）

#include <stdio.h>

//--- int型：小さいほうを返す ---//
int min_int(int a, int b)
{
    return (a < b) ? a : b;
}

//--- double型：小さいほうを返す ---//
double min_double(double a, double b)
{
    return (a < b) ? a : b;
}

int main(void)
{
    int ai, bi;
    double ad, bd;

    printf("整数を2つ入力してください：");
    scanf("%d%d", &ai, &bi);
    printf("小さいほうは%dです。\n", min_int(ai, bi));

    printf("実数を2つ入力してください：");
    scanf("%lf%lf", &ad, &bd);
    printf("小さいほうは%fです。\n", min_double(ad, bd));

    return 0;
}

実行例

整数を2つ入力してください：8 3
小さいほうは3です。
実数を2つ入力してください：2.5 9.1
小さいほうは2.500000です。

何が困りやすい？

同じロジックなのに、型が違うだけで関数名が増えます。

この「型の数だけ似た関数が増える問題」を、関数形式マクロでスッキリさせます。

関数形式マクロで「同じ書き方」にまとめる

サンプル2：関数形式マクロ min(a, b)

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

// 整数と実数の小さいほうを返す（関数形式マクロ）

#include <stdio.h>

#define min(a, b) ((a) < (b) ? (a) : (b))
// マクロ名と(の間に空白を入れない（min (a,b) は別扱いになりやすい）

int main(void)
{
    int ai, bi;
    double ad, bd;

    printf("整数を2つ入力してください：");
    scanf("%d%d", &ai, &bi);
    printf("小さいほうは%dです。\n", min(ai, bi));

    printf("実数を2つ入力してください：");
    scanf("%lf%lf", &ad, &bd);
    printf("小さいほうは%fです。\n", min(ad, bd));

    return 0;
}

実行例

整数を2つ入力してください：8 3
小さいほうは3です。
実数を2つ入力してください：2.5 9.1
小さいほうは2.500000です。

同じ min(ai, bi) / min(ad, bd) という書き方で、intでもdoubleでも動きます。ここが気持ちいいポイントです。

図でつかむ：マクロは「置換」ではなく「展開」

第5章のオブジェクト形式マクロが「文字列の置換」っぽかったのに対し、関数形式マクロは「形を保ったまま展開」されます。

図：翻訳の流れ（マクロが効く場所）

この図の意味
min(a, b) はコンパイル前に中身へ展開されるので、コンパイラは「すでに展開された式」として扱います。

展開例：実際にどう広がる？

次の1行があったとします。

printf("小さいほうは%dです。\n", min(ai, bi));

プリプロセッサにより、こう展開されます。

printf("小さいほうは%dです。\n", ((ai) < (bi) ? (ai) : (bi)));

関数とマクロの見え方の違い

ここで登場する「命令」「書式」をやさしく整理

この章のプログラムには、Cの基本部品がいくつか出てきます。ひとつずつ役割を確認します。

#include の書式と役割

書式

#include <ヘッダファイル名>

何をする？
標準ライブラリなどの宣言を読み込みます。今回の <stdio.h> は、printf や scanf を使うために必要です。

#define の書式と役割（関数形式マクロ）

書式（関数形式マクロ）

#define マクロ名(仮引数, ...) 展開後の式

何をする？
マクロ名(…) の形を見つけたら、展開後の式に広げるという指示です。

大事ポイント

• マクロ名と(の間に空白を入れない（見た目は似てても扱いが変わることがあります）
• 引数も全体も ( ) でしっかり囲う（後で説明します）

printf / scanf の書式と役割

printf の書式

printf("書式文字列", 値, ...);

画面に出力します。

scanf の書式

scanf("書式文字列", 変数のアドレス, ...);

キーボード入力を読み取り、変数に入れます。scanf は「入れ物の場所」が必要なので、&ai のようにアドレスを渡します。

なぜマクロ定義は ( ) だらけなの？

マクロは展開されるので、展開後の式が他の演算子と混ざっても安全にする必要があります。

よくある事故1：全体を囲わない

もし、こう書いてしまうと…

#define min(a, b) (a < b ? a : b)

一見動きそうですが、別の式に混ざると読みにくく、優先順位が絡む場面で危険になります。
なので 全体も ( ) で包むクセをつけるのが安心です（今回の例は条件演算子なので特に丁寧に包みます）。

よくある事故2：引数を囲わない

もし、こう書いてしまうと…

#define min(a, b) (a < b ? a : b)

min(x + 1, y) のような呼び出しで、展開後が読みにくくなり、意図せず優先順位の影響を受けることがあります。
だから (a) や (b) のように引数を必ず囲うのが定石です。

超重要：マクロは「引数が複数回評価される」ことがある

ここが関数と一番違うところです。

たとえば、次の呼び出しは危険です。

min(i++, j++)

min(a, b) は a と b を条件判定と結果でそれぞれ使うので、展開すると a や b が 複数回登場しやすいです。
結果として i++ が2回実行されてしまう、みたいな事故が起こりえます。

安全な渡し方・危険な渡し方

コツ：マクロには「副作用のない式」を渡す、が鉄則です。

まとめ：関数形式マクロは“便利さ”と“注意点”がセット