関数マクロ（#define）

// 引数なしの定数マクロです。
#define 定数名 値

// 引数を取る関数マクロです（引数と全体を括弧で囲みます）。
#define マクロ名(引数1, 引数2) ((引数1) 演算 (引数2))

// 複数行マクロはバックスラッシュで行を継続します。
#define マクロ名(x) \
    do { \
        処理; \
    } while (0)

// 文字列化演算子（# ）です。引数を文字列リテラルに変換します。
#define STRINGIFY(x) #x

// トークン連結演算子（##）です。2つのトークンを結合します。
#define CONCAT(a, b) a##b

sample_define_macro.c

#include <stdio.h>

/* よくある関数マクロの例です。 */
#define MAX(a, b)    ((a) > (b) ? (a) : (b))
#define MIN(a, b)    ((a) < (b) ? (a) : (b))
#define SQUARE(x)    ((x) * (x))
#define ABS(x)       ((x) >= 0 ? (x) : -(x))

/* # で変数名を文字列化するデバッグマクロです。 */
#define PRINT_INT(x) printf(#x " = %d\n", (x))

/* do-while(0) を使った複数文マクロです。 */
#define SWAP(type, a, b) \
    do { \
        type _tmp = (a); \
        (a) = (b); \
        (b) = _tmp; \
    } while (0)

/* ## でトークンを連結します。 */
#define MAKE_VAR(name, num) name##num

int main(void) {
    int x = 5, y = 3;

    printf("MAX(%d, %d) = %d\n", x, y, MAX(x, y));
    printf("MIN(%d, %d) = %d\n", x, y, MIN(x, y));
    printf("SQUARE(%d) = %d\n", x, SQUARE(x));
    printf("ABS(-7) = %d\n", ABS(-7));

    int score = 98;
    PRINT_INT(score); /* score = 98 と出力されます。 */

    printf("交換前: x=%d, y=%d\n", x, y);
    SWAP(int, x, y);
    printf("交換後: x=%d, y=%d\n", x, y);

    int MAKE_VAR(val, 1) = 100; /* val1 = 100 に展開されます。 */
    printf("val1 = %d\n", MAKE_VAR(val, 1));

    /* 副作用のある式をマクロに渡してはいけません。 */
    /* int a = 3; printf("%d\n", SQUARE(a++)); */ /* a が2回インクリメントされます。 */

    return 0;
}

コンパイルして実行すると次のようになります。

gcc define_macro.c -o define_macro
./define_macro
MAX(5, 3) = 5
MIN(5, 3) = 3
SQUARE(5) = 25
ABS(-7) = 7
score = 98
交換前: x=5, y=3
交換後: x=3, y=5
val1 = 100

__FILE__・__LINE__・__func__ などの定義済みマクロと組み合わせると、ファイル名・行番号・関数名を自動で付けたデバッグログマクロが作れます。

define_debug_macro.c

#include <stdio.h>

#define LOG(fmt, ...) \
    fprintf(stderr, "[%s:%d] " fmt "\n", __FILE__, __LINE__, ##__VA_ARGS__)

#define ASSERT(cond) \
    do { \
        if (!(cond)) { \
            fprintf(stderr, "ASSERT FAILED: %s (%s:%d)\n", #cond, __FILE__, __LINE__); \
        } \
    } while (0)

int main(void) {
    int hp = 100;
    LOG("hp = %d", hp);

    hp -= 150;
    LOG("ダメージ後 hp = %d", hp);

    ASSERT(hp >= 0); /* hp が負なのでアサート発火 */
    ASSERT(hp <= 100); /* こちらは通過 */

    LOG("処理完了");
    return 0;
}

コンパイルして実行すると次のようになります。

gcc define_debug_macro.c -o define_debug_macro
./define_debug_macro
[define_debug_macro.c:14] hp = 100
[define_debug_macro.c:17] ダメージ後 hp = -50
ASSERT FAILED: hp >= 0 (define_debug_macro.c:19)
[define_debug_macro.c:22] 処理完了

よくあるミス: 引数に副作用のある式を渡す

マクロはテキスト置換なので、引数に副作用のある式（インクリメントなど）を渡すと展開後に複数回評価されます。

define_sideeffect_ng.c

#include <stdio.h>

#define SQUARE(x) ((x) * (x))
#define MAX(a, b) ((a) > (b) ? (a) : (b))

int main(void) {
    /* NG: a++ が2回評価されて a が2回インクリメントされる */
    int a = 3;
    int result = SQUARE(a++); /* ((a++) * (a++)) に展開される */
    printf("SQUARE(a++) 後の a = %d, result = %d\n", a, result);
    /* a が 5 になり result も不定 */

    /* NG: 副作用のある式を MAX に渡す */
    int x = 5, y = 3;
    int m = MAX(x++, y++); /* 大きい方が2回インクリメントされる */
    printf("MAX(x++, y++) 後の x = %d, y = %d, m = %d\n", x, y, m);

    /* OK: 変数を事前に計算してから渡す */
    int b = 3;
    int sq = b * b;
    printf("正しい SQUARE(3) = %d\n", sq);

    return 0;
}

修正後は次の通りです。

gcc define_sideeffect_ng.c -o define_sideeffect_ng
./define_sideeffect_ng
SQUARE(a++) 後の a = 5, result = 12
MAX(x++, y++) 後の x = 7, y = 4, m = 5
正しい SQUARE(3) = 9

関数マクロはプリプロセッサによるテキスト置換のため、引数に副作用のある式（インクリメントなど）を渡すと意図しない動作になります。『SQUARE(a++)』は『((a++) * (a++))』に展開され、インクリメントが2回起きます。C99以降では同じ目的に『inline』関数や型汎用の『_Generic』を使うことを検討してください。

引数を括弧で囲まないと演算子優先順位の問題が起きます。例えば『#define DOUBLE(x) x * 2』の場合、『DOUBLE(1 + 2)』は『1 + 2 * 2 = 5』と展開されます。引数は必ず括弧で囲んでください。

定数マクロについては『#include / #define（定数）』を、条件付きコンパイルについては『#ifdef / #ifndef』を参照してください。