C言語でよく定義するマクロまとめ

この記事について

C言語でよく定義するマクロを記載します。

真偽値

C99で_Bool型が定義されましたが、C99が使えない場合や、何らかの理由で真偽値を定義するときは、FALSEを0、TRUEを非0で定義します。

#define FALSE (0)
#define TRUE  (!FALSE)

固定配列の長さを取得

よく使います。配列長を個別にマクロ化するより柔軟に対応できます。

#define ARRAY_LENGTH(array) (sizeof(array)/sizeof(array[0]))

使用例

int a[10];
int i;
for(i=0; i<ARRAY_LENGTH(a); i++){
    a[i] = i;
}

固定配列の境界アドレス値の取得

#define ARRAY_BEGIN(array) (array)
#define ARRAY_END(array)   (array + ARRAY_LENGTH(array))

配列インデックスが範囲内であることのチェック

#define IS_VAILD_RANGE(array, i)  ( (ARRAY_BEGIN(array) <= (array) + (i)) && ((array)+(i) < ARRAY_END(array)) )

ポインタが非NULLであることのチェック

非NULLチェックはよく使うのでマクロ化しておくと便利です。

#define IS_NOT_NULL(ptr) ( (ptr) != NULL )

組み込みAssertマクロのリネーム

組み込みマクロはそのままコールせず、リネームして呼び出すことで、異なるアサーション関数の呼び出しに変更するなど、柔軟に対応できるようになります。

#define ASSERT(cond)   assert( (cond) )

DbC (Design by Contract)用のマクロ

契約プログラミング(DbC:Design by Contract)を実施するためのマクロです。assertを直接コールしても実現できますが、Assertマクロのリネームと同様、事前条件、事後条件、不変条件を別々にマクロ化しておくことで、機能変更や有効/無効などを柔軟に対応できるようになります。

/* 事前条件 */
#define REQUIRE(cond)       ASSERT(cond)

/* 事後条件 */
#define ENSURE(cond)        ASSERT(cond)

/* 不変条件 */
#define INVARIANT(objname)  objname##_invariant(void)

使用例

void function(int* array, int len){
    REQUIRE(array != NULL);
    REQUIRE(len > 8);

    // ・・・処理
}

静的アサート

コンパイル時に静的にチェックしておきたいアサート条件を定義します。アサート条件に引っかかった場合、コンパイルエラーとなります。

#define STATIC_ASSERT(COND) { char static_assertion_failed[(COND)?1:-1]; }

使用例

STATIC_ASSERT( sizeof(int) == 4 );

失敗すると以下のようなコンパイルエラーがでます。アサート条件に引っかかると「長さが負数の配列を定義しようとする」ことを利用してコンパイルエラーを引き起こしているため、そのようなエラーがでます。

XXXX.c:行数: error: 'static_assertion_failed' declared as an array with a negative size
    STATIC_ASSERT(sizeof(int) == 3);

注：この定義の場合、「unused variable」の警告が出る場合があるため、それが許容できる場合のみの使用となります。

構造体のメンバー変数の先頭からのアドレスオフセットを取得する

マニアックですが、構造体メンバの先頭からのアドレスオフセットを取得します。Linux kernel.hに同様のものが定義されています。

#define offsetof(type, member) ((size_t) &((type*)0)->member)

使用例

struct Sample{
    int a;
    float b;
    double c;
};

int main(void){
    printf("%d\n", offsetof(struct Sample, a) );  // 0
    printf("%d\n", offsetof(struct Sample, b) );  // 4
    printf("%d\n", offsetof(struct Sample, c) );  // 8
}

構造体メンバへのポインタから、そのメンバを含む親元の構造体変数のポインタを取得

#define container_of(ptr, type, member) ((type*)((char*)(ptr) - offsetof(type,member)))

使用例

struct Sample s;
float* p = &s.b;
printf( "%p\n", container_of(p, struct Sample, b) ); // &sのアドレス値