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吟竹伍
7 years ago
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1 第八章巨集資訊科技系林偉川本章簡介所謂巨集, 就是用 #define 的語法定義一個簡短巨集名稱來取代一長串的算式根據前處理指令 #define 會由前置處理器處理, 也就是說在前置處理過程中, 巨集名稱都會被代換成指定的算式 2 1

2 使用巨集的方法巨集是一種方便的程式設計方式, 在程式中看到簡短的名稱, 就知道是代表那段長的敘述定義巨集定義巨集的位置巨集取代算式 3 定義巨集使用巨集名稱前, 要先定義定義巨集的寫法如下 : #define 巨集名稱算式 4 2

3 定義巨集 #define: 在此是用來定義巨集名稱巨集名稱 : 巨集名稱與變數名稱的命名規則相同, 但是習慣上會使用大寫字母以免和程式中變數名稱相混算式 : 討論過的任何算式都可以定義在此 5 定義巨集時注意事項一個巨集名稱只能取代一個算式每定義一個巨集就需使用一個 #define 巨集指令的每一項均需以空白分開, 結束時不加分號 : #define INTEREST principal*rate*period #define ENERGY mass*lightspeed*lightspeed 6 3

4 使用巨集的方法前置處理器會將程式中出現的巨集名稱, 都換成我們指定的算式因此對一些內容稍複雜而且又會重複用到的算式, 即可用 #define 指令定義成巨集寫程式時只需寫巨集名稱即可, 不但節省一些撰寫程式的時間, 閱讀程式碼時也較能一目瞭然 7 定義巨集的位置只是定義巨集的位置一定要在使用巨集名稱之前如以下範例 : 8 4

5 定義巨集的位置為了避免發生此類的編譯錯誤, 通常我們都會將巨集名稱定義在 #include 與 main ( ) 之間如以下範例 : #include <stdio.h> #defien MACRO int main(void) { result=macro; } void func( ) { result2=macro; } 9 巨集取代算式當我們以巨集來取代算式時, 要注意到算式中如果含有變數時, 需要在程式中宣告後, 才可以使用定義算式的巨集名稱例如 : 定義 1 個求未知數 x 立方值的算式由於巨集只是定義由前置處理器置換的的內容, 並不具宣告變數的功效, 因此在程式中仍需宣告變數 x 否則當前置處理器將程式碼中的 CUBE 代換成算式 x*x*x 後, 編譯器會不認得 x, 而產生編譯錯誤語法如下 :#define CUBE x*x*x 10 5

6 求一數之立方值 11 萬有引力的公式萬有引力的大小 (FG) 與兩物體的質量 (mass1) 及 (mass2) 乘積成正比, 與彼此距離 (distant) 的平方成反比, 所以萬有引力的公式為 : FG=G*(mass1*mass2)/(distance*distance) G 是萬有引力常數, 所以先用定義常數的方法來定義 G: #define G 6.672e-11 #define FG G*(mass1*mass2)/(distance*distance) 12 6

7 計算兩物體間的萬有引力 13 計算兩物體間的萬有引力 14 7

8 執行結果 15 巨集代替簡單的函式定義帶有引數的巨集帶有兩個以上引數的巨集名稱用數值當成巨集的引數值用算式當成巨集的引數值 16 8

9 巨集代替簡單的函式在作運算時, 便可將引數的數值代入巨集名稱所取代的算式中如此如同呼叫函式時, 可以傳遞引數到函式中作運算所以, 在函式內容較短的情形下, 我們也可以利用巨集來代替函式 17 定義帶有引數的巨集要讓巨集有如函式的引數功能, 可在定義的巨集名稱後面加上引數, 寫法如下 : #define 巨集名稱 ( 引數 ) 算式 18 9

10 引數的使用規則不需加上資料型別, 使用變數名稱就可以了可使用兩個以上的引數使用時, 請用逗號隔開用來當引數的變數名稱要與算式中的變數名稱相同, 否則編譯的時候會出現無法辨識變數名稱的錯誤引數的值可以為其他變數數值或算式代入算式時, 請一定要加上括號, 以免破壞原算式的運算順序如以下範例 : #define C(F) (F-32)*5/9 19 溫度度量衡轉換 20 10

11 溫度度量衡轉換 21 帶有兩個以上引數的巨集名稱定義的巨集名稱可以帶有兩個以上的引數, 需以逗號將各個引數隔開並且要注意, 使用引數的數目與變數名稱必須與使用在算式中的相同將數值當成巨集的引數值, 帶入巨集所定義的算式中, 便可以求出算式的運算結果假設想要定義一個計算體格指數公式的巨集, 已知體格指數 BMI 等於體重 (kg) 除以身高 (m) 平方我們可以定義一個帶有體重 weight 與身高 height 兩個引數的巨集 : #defien BMI(w,h) w/(h*h) 22 11

12 計算體格指數並判斷健康狀態最理想的 BMI 值是 22;BMI 在 20 以下為體重不足 ;BMI 在 20~25 是理想體重的範圍 ;BMI 在 26~29 間表示微胖 ;BMI 在 30 以上表示過胖以此資料寫出一個以 BMI 值來判斷體重狀態的程式 : 23 計算體格指數並判斷健康狀態 24 12

13 計算體格指數並判斷健康狀態 25 計算體格指數並判斷健康狀態 26 13

14 求多項式的和 27 求多項式的和 28 14

15 程式執行說明巨集展開後, 計算過程如下 : 29 當算式代入巨集引數時為甚麼算式要加括號當我們將算式當成引數, 代入巨集定義的算式中時, 要特別注意到算符的優先權的問題如果我們以 F (i, i+1) 代入巨集中, 會得到如下的式子 : 30 15

16 當算式代入巨集引數時為甚麼算式要加括號同樣算到第 5 項的和, 結果如下 : 由於先乘除後加減的關係, 代入後的算式並非原先我們所期望的多項式 31 當算式代入巨集引數時為甚麼算式要加括號如果怕代入算式時, 可以在定義巨集時, 就將算式加上括號定義語法如下 : #define F(x,y) (x)*(x)+(y)*(y) 如此一來, 算式代入之後就會變成如下 : F(x,y)=x*x+y*y F(i,(i+1))=i*i+(i+1)*(i+1) 32 16

17 巨集與函式的比較巨集與函式執行速度比較巨集與函式的內容之比較 33 巨集與函式的比較 34 17

18 巨集與函式的比較由上表我們可以歸納出一點, 就是為提高程式執行效率, 我們可將巨集用於定義簡單的算式, 如 distant = rate * time, 以 distant 來代替後面的 rate * time 算式, 可增加使用上的方便性而函式則適用於功能較複雜且不容易定義成巨集的運算, 如迴圈運算, 條件式判斷等 35 巨集與函式執行速度比較巨集的執行速度會比函式快, 因為當程式在編譯前, 所有巨集名稱都被會置換成所代表的運算式, 就如同將變數名稱置換成變數值來運算一樣 36 18

19 巨集與函式執行速度比較如果程式執行遇到呼叫函式, 程式控制權會轉移到執行函式的內容呼叫幾次函式, 就轉換幾次程式控制權如以一來, 便比巨集多了轉換控制權的時間, 所以函式會比較慢 : 37 測試巨集與函式的執行時間 38 19

20 測試巨集與函式的執行時間 39 測試巨集與函式的執行時間 40 20

21 巨集與函式的比較巨集重複使用多次, 其執行速度的優勢, 才會比較明顯巨集重複使用多次缺點 : 執行檔的檔案大小會比使用函式的程式大因為使用巨集時, 雖然在寫程式時, 只需寫巨集名稱, 但在編譯前, 它們都會被擴展成巨集程式的內容, 等於讓程式擴張, 所以雖然執行快一些檔案也會變大一些 41 巨集與函式的比較以函式的方式來設計, 則呼叫函式的程式碼, 只是在執行時會轉到函式的程式碼來執行, 並不會使程式擴張, 所以雖然在執行時, 有呼叫傳回的動作使執行時間增加一點點, 但也因此不會讓程式執行檔變大 42 21

22 巨集與函式的比較在決定該使用巨集或函式時, 若兩種方法實作的便利性差不多, 可再考量使用的次數 : 若使用次數不多, 則使用巨集或函式都差不多若要重複使用很多次, 就要確定您在乎的是程式執行的效率 ( 巨集較好 ) 或是希望程式不要太大 ( 函式較佳 ), 然後依您的決定來選擇使用巨集或函式來設計程式 43 巨集與函式的內容之比較雖然巨集的執行比函式快, 但是因為巨集的定義內容必須在一行內完成, 所以巨集不適合較為複雜的運算, 如以下的迴圈計算從 1 到 n 所有整數和的函式 : 44 22

23 巨集與函式的內容之比較物理電學中的電壓公式電壓 (v) = 電流 (I) * 電阻 (R) 定義成巨集, 當然比需要原型宣告, 又要定義內容的函式, 要簡單許多 45 綜合演練各種巨集定義的結合應用 : 求球體體積巨集的應用 : 解二元一次聯立方程式巨集與函式的綜合應用 : 匯率換算 46 23

24 各種巨集定義的結合應用 : 球體體積已知球體的體積計算公式為 4/3 *π* r3, 利用巨集定義的方法, 我們可以先把圓週率 π 以及計算公式以 #define 的方式定義好, 再藉由鍵盤輸入半徑計算後, 便可得到球體體積, 程式如下 : 47 求球體體積 48 24

25 程式執行說明第 2 行以定義巨集常數的方式定義圓週率第 3 行定義求立方值的巨集第 4 行定義球體體積公式的巨集 49 巨集的應用 : 二元一次聯立方程式在數學中, 二元一次聯立方程式是對兩個具有相同的兩個未知數 (x,y) 的多項式求 x y 的值, 如 a*x + b*y = c d*x + e*y = f 中, a b c d e f 是方程式的係數為已知的常數值, 求未知數 x y 的值聯立方程式的公式可以寫成 x = (c*e- f*b) / (a*e- d*b) y = (a*f- d*c) / (a*e- d*b), 我們將這兩個公式定義成巨集便可以求出各種聯立方程式的解, 程式如下 : 50 25

26 解二元一次聯立方程式 51 解二元一次聯立方程式 52 26

27 解二元一次聯立方程式 53 執行結果 54 27

28 程式執行說明第 4 5 行利用巨集分別定義解 x y 的公式第 11~14 行由螢幕輸入巨集定義的計算所需要的變數值第行以 float 型別的變數 x y 分別去接巨集 XX YY 的計算結果 55 巨集與函式的綜合應用 : 匯率換算利用定義巨集與定義常數的方法, 我們可以定義各種貨幣的匯率以及換算的公式在以下的範例中, 所定義的匯率常數都是以 1 元新台幣為基準任何兩種貨幣的換算也將先換成新台幣後, 再轉成對應的幣值程式如下 : 56 28

29 匯率換算 57 匯率換算 58 29

30 匯率換算 59 匯率換算 60 30

31 匯率換算 61 執行結果 62 31

32 程式執行說明第 2~7 行, 將新台幣對各種貨幣的匯率定義成常數第 8 行, 定義貨幣間匯率轉換的計算公式第 9 行, 宣告傳回各種貨幣匯率值的函式原型第 10 行, 宣告傳回各種貨幣英文縮寫與中文對照結果的函式原型 63 程式執行說明第 28~32 行, 如執行結果, 將貨幣轉換結果顯示在螢幕上第 37~48 行, 會依照使用者的選擇, 傳回巨集名稱 ( 貨幣的縮寫代碼 ) 然後再依據所定義的巨集內容, 置換成相對的匯率第 50~67 行, 會依照使用者的選擇, 輸出貨幣的名稱 64 32

33 請更正以下錯誤 : 練習 (1) #define F(x)2*x-3=1 (2) #define F(x,y) 2*x-1 (3) #define F=2*x+1 請用巨集定義下列敘述 : F=10 #define F 10 F(x)=2*x #define F(x) 2*x F(x,y)=2*y+3*x #define F(x,y) 2*y+3*x F(x,y)=y 2 +x 3 #define F(x,y) y*y+x*x*x 65 作業試寫一程式以巨集定義圓週率及半徑平方算式, 程式輸入半徑, 求圓面積及體積試寫一程式, 以巨集定義計算下面式子, 到第 n 項的和, n 由鍵盤輸入 (1*2)+(2*3)+ +(n*(n+1)) 試寫一程式, 以巨集定義計算下面式子, 到第 n 項的和, n 由鍵盤輸入 1/1+1/2+1/3+ +1/n 試寫一程式, 以巨集定義計算階乘的值提示 :F(n,i)=n-i,n 為項次 i 每次減

1-2 二元一次聯立方程式 21 例 1 代入法判斷二元一次聯立方程式的 { x3y5 2xy3 x1y2 x3y3 x2y1 xy 二元一次式 x y x+3y x-y x2y1 x2y1 { x3y5 2xy3 { 2x3y1 xy3 x2y1

1-2 二元一次聯立方程式 21 例 1 代入法判斷二元一次聯立方程式的 { x3y5 2xy3 x1y2 x3y3 x2y1 xy 二元一次式 x y x+3y x-y x2y1 x2y1 { x3y5 2xy3 { 2x3y1 xy3 x2y1 1 20 1-2 二元一次聯立方程式 1 二元一次聯立方程式 2 代入消去法 3 加減消去法主題 1 二元一次聯立方程式列二元一次聯立方程式 6 x y 3 1 700 3xy700 5 2 1200 5x2y1200 { 3xy700 5x2y1200 二元一次聯立方程式二元一次方程組二元一次聯立方程式的 3xy700 5x2y1200 xy x y 共同 x200y100 3xy700