Effective C++ 条款27: 尽量用const、enum、inline替换 #define

Effective C++ 条款27：尽量用const、enum、inline替换#define

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核心思想：使用编译器（const, enum, inline）替代预处理器（#define），让编译器进行语义检查，避免宏替换引发的错误和调试困难，提升代码健壮性和可维护性。

⚠️ 1. 宏定义常量的弊端

问题点：

• 宏定义在预处理阶段被简单替换，不进入符号表，导致调试困难
• 宏没有作用域限制，容易造成命名冲突
• 宏替换可能导致代码膨胀

错误示例：

#define PI 3.14159             // 宏常量
#define MAX(a,b) ((a) > (b) ? (a) : (b))  // 宏函数

缺点分析：

1. 编译错误信息显示3.14159而非PI，难以定位问题
2. MAX(++a, b)可能导致++a执行两次
3. 无法创建类作用域的常量
4. 宏函数缺乏类型安全检查

解决方案：使用const常量

const double Pi = 3.14159;     // 类型安全常量
constexpr double ModernPi = 3.14159;  // C++11编译期常量

类内常量：使用static const成员

class Circle {
private:static const double Pi;    // 类内声明// 或使用C++17内联静态成员static inline const double ModernPi = 3.14159; 
};
const double Circle::Pi = 3.14159;  // 类外定义

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🚨 2. 枚举技巧（enum hack）

适用场景：

• 需要类内常量且避免静态成员地址被获取
• 编译器不允许静态整型常量在类内初始化（旧编译器）
• 模板元编程基础技术

示例：

class GamePlayer {
private:enum { NumTurns = 5 };     // 枚举常量int scores[NumTurns];      // 使用枚举常量
};

优点：

1. 行为类似#define（不能取地址）
2. 避免宏的缺点，提供作用域限制
3. 编译期确定值，可用于数组大小

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⚖️ 3. 用inline函数替换宏函数

宏函数的致命缺陷：

#define SQUARE(x) ((x) * (x))
int result = SQUARE(a++);  // 展开为((a++) * (a++)) → 未定义行为

解决方案：使用内联函数模板

template<typename T>
inline T square(const T& x) { return x * x; 
}// C++20概念约束
template<std::integral T>
inline auto square(const T& x) { return x * x; 
}

优点：

1. 参数只求值一次
2. 支持类型检查和重载
3. 遵守作用域规则
4. 可调试性

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📊 4. 关键原则与替换策略

宏使用场景	替换方案	优势
全局常量	const常量或constexpr	类型安全、可调试、作用域控制
类内整型常量	static const或enum	避免宏污染、支持封装
类内非整型常量	static const（外定义）	类型安全、作用域控制
函数宏	inline函数（或函数模板）	避免多次求值、类型安全
编译期常量表达式	constexpr（C++11）	编译期计算、类型安全

现代C++扩展：

// constexpr常量函数
constexpr int factorial(int n) {return (n <= 1) ? 1 : n * factorial(n-1);
}// C++20 consteval (立即函数)
consteval int compileTimeSquare(int n) {return n * n;
}

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💡 关键原则总结

1. 常量用const或constexpr
   • 全局常量用const/constexpr定义
   • 类内常量用static const(expr)或enum
2. 函数宏用inline函数
   • 使用内联函数模板替代带参数的宏
   • 支持类型推导和重载
3. 枚举技巧备用
   • 当需要禁止取地址或旧编译器不支持时使用
   • 模板元编程中常用
4. 避免宏污染
   • 宏无作用域，用命名空间管理常量
   • 使用编译器可见实体替代预处理器符号

错误模式重现：

#define ARRAY_SIZE 100
#define MAX(a,b) ((a) > (b) ? (a) : (b))class DataProcessor {
public:int buffer[ARRAY_SIZE];  // 宏常量void process(int x, int y) {int m = MAX(x++, y);  // 危险宏}
};// 链接问题：非整型类内常量
class Config {static const double Factor; // 需要类外定义
};

安全重构方案：

constexpr int ArraySize = 100;  // 编译期常量template<typename T>
inline T max(const T& a, const T& b) { return a > b ? a : b; 
}class DataProcessor {
public:int buffer[ArraySize];  // 安全常量void process(int x, int y) {int m = max(x, y);  // 安全函数x++;}
};// 类内常量解决方案
class Config {
public:// 方案1：使用枚举enum { FactorTimes100 = 175 }; // 整型常量// 方案2：C++17内联静态成员static inline const double Factor = 1.75; // 方案3：外部定义（C++11前）static const double LegacyFactor; 
};
const double Config::LegacyFactor = 1.75;// 编译期计算
constexpr auto computedValue = factorial(5);

ctor = 1.75;

// 方案3：外部定义（C++11前）
static const double LegacyFactor; 

};
const double Config::LegacyFactor = 1.75;

// 编译期计算
constexpr auto computedValue = factorial(5);