【C语言】24. 预处理详解

一、预定义符号

C语⾔设置了⼀些预定义符号，可以直接使⽤，并且由于是宏，在预处理期间也会被替换掉。

__FILE__ //进行编译的源文件 
__LINE__ //文件当前的行号 
__DATE__ //文件被编译的日期 
__TIME__ //文件被编译的时间 
__STDC__ //如果编译器遵循ANSIC，其值为1，否则未定义 

举例：

#include<stdio.h>int main()
{printf("%s\n", __FILE__);printf("%s\n", __DATE__);printf("%s\n", __TIME__);printf("%d\n", __LINE__);return 0;
}

运行结果：

二、#define定义常量

基本语法： #define name stuff

举例：

#define MAX 1000#define reg register //为 register这个关键字，创建⼀个简短的名字 #define do_forever for(;;) //为这个for循环表达式，创建一个名字#define CASE break;case //在写case语句的时候自动把break写上。 // 如果定义的stuff过长，可以分成几行写，除了最后一行外，每行的后面都加⼀个\(续行符)。
#define DEBUG_PRINT printf("file:%s\tline:%d\t \date:%s\ttime:%s\n" ,\__FILE__,__LINE__ , \__DATE__,__TIME__ ) 

第三个#define表达式：#define do_forever for(;;)这行代码中，判断部分省略了，意味着判断条件恒为真，就会造成死循环。

第四个#define表达式在代码中的具体使用：

#define CASE break;caseswitch (value) {
case 1:CASE 2 : // 等价于 break;case 2:CASE 3 :  // 等价于 break;case 3:default:}

我们在define定义标识符的时候，要不要在最后加上 ; 呢？
例如：#define MAX 1000;

如果加上；，编译器就会将MAX替换为1000; ，而一条语句后面本来就会有;，因此就会造成重复的问题。

三、#define定义宏

#define机制规定，允许把参数替换到⽂本中，这种实现通常称为宏或定义宏。
宏的申明⽅式：#define name( parament-list ) stuff。
注：parament-list是参数列表。

注意：
参数列表的左括号必须与name紧邻，否则参数列表会被解释为stuff的⼀部分。

举例：实现一个宏，计算一个数的平方。

#include<stdio.h>#define SQUARE(x) x*xint main()
{int a = 5;int ret = SQUARE(a);printf("%d\n", ret);return 0;
}

运行结果：

可以看到实现了我们所需要的功能。

但是如果传的参数是a+1，那么替换后就是5+1*5+1，得到的结果就是11，而不是36。
因此需要在stuff后面加上两个括号：#define SQUARE(x) (x) * (x)。

我们再来看一段宏：#define DOUBLE(x) (x) + (x)，如果传的参数是10 * DOUBLE(a)，那么替换后就是10 * 5+5，而不是10 * (5+5)。
因此还需要在整个stuff结束后再加上括号：#define DOUBLE( x) ( ( x ) + ( x ) )。

总结：
用于对数值表达式进⾏求值的宏都应该⽤上述这种⽅式加上括号，避免在使⽤宏时由于参数中的操作符或邻近操作符之间由于优先级引起的错误。

四、带有副作⽤的宏参数

当宏参数在宏的定义中出现超过⼀次的时候，如果参数带有副作⽤，那么你在使⽤这个宏的时候就可能出现危险，导致不可预测的后果。

副作⽤就是表达式求值时出现的永久性效果。

x+1;//不带副作用
x++;//带副作用

举例：写一个宏，求2个数的较大值。

#include<stdio.h>#define MAX(X,Y) ((X)>(Y)?(X):(Y))int main()
{int a = 3;int b = 5;int m = MAX(a++, b++);printf("m = %d\n", m);printf("a = %d\n", a);printf("b = %d\n", b);return 0;
}

运行结果：

可以看到这个结果令人非常的出乎意料，那么到底是怎么得出来的呢？我们通过画图来解析一下：

由此可以看到每进行一次++，自身的值就会+1，而后面就是在+1的基础上再进行运算，因此无法得到想要的结果。

五、宏替换的规则

在调⽤宏时，⾸先对参数进⾏检查，如果有#define定义过的符号，会先被替换掉。例如：

#define MAX(X,Y) ((X)>(Y)?(X):(Y))
#define M 10
int m = MAX(5, M);//先被替换为 MAX(5, 10);

注意：
①：宏参数和#define定义中可以出现已经由#define定义过的符号，例如：int m = MAX(a, MAX(2, 3));注意这不是递归，对于宏是不能出现递归的。

②：当预处理器搜索#define定义的符号时，字符串常量的内容不会被替换。例如：

#define M 10
printf("M = %d\n", m);

在这里字符串内的M是不会被替换的。

六、宏和函数的对⽐

宏通常被应⽤于执⾏简单的运算。
⽐如在两个数中找出较⼤的⼀个时，写成下⾯的宏，更有优势⼀些。
#define MAX(a, b) ((a)>(b)?(a):(b))

宏的优势：
①：⽤于调⽤函数和从函数返回的代码可能⽐实际执⾏这个⼩型计算⼯作所需要的时间更多。所以宏⽐函数在程序的规模和速度⽅⾯更胜⼀筹。
②：更为重要的是函数的参数必须声明为特定的类型。所以函数只能在类型合适的表达式上使⽤。反之宏可以适⽤于整形、⻓整型、浮点型等可以⽤于 > 来⽐较的类型。宏的参数与类型⽆关。

宏的劣势：
①：每次使⽤宏的时候，宏定义的代码就会插⼊到程序中。除⾮宏⽐较短，否则可能⼤幅度增加程序的⻓度。
②：宏是没法调试的。
③：宏由于与类型⽆关，也就不够严谨。
④：宏可能会带来运算符优先级的问题，导致程序容易出现错误。

但是宏有时还可以做到函数做不到的事情。例如：宏的参数可以出现类型，但是函数做不到。
例如：

#include<stdio.h>#define Malloc(n,type) (type*)malloc(n*sizeof(type))int main()
{int* p = Malloc(10, int);return 0;
}

这里类型type就作为宏的参数。

七、#和##

1、#运算符

#运算符可以将宏的参数转换为传递的字符串，它仅允许出现在带参数的宏中。
#运算符所执⾏的操作可以理解为”字符串化“。

例如：

#include<stdio.h>#define Print(n,format) \
printf("the value of "#n" is "format"\n",n)int main()
{int a = 1;Print(a, "%d");float f = 5.6f;Print(f, "%f");return 0;
}

运行结果：

在这里#n就将宏参数转换为字符串"a"和"f"。

2、##运算符

##运算符把位于它两边的符号合并为⼀个符号，它允许宏定义从分离的⽂本⽚段创建标识符。 ## 被称为记号粘合。

如果我们要写⼀个函数求2个数中较⼤值的时候，根据不同的数据类型就得写不同的函数。

int int_max(int x, int y)
{return x > y ? x : y;
}float float_max(float x, float y)
{return x > y ? x : y;
}

可以看到它们具有许多共同点，因此可以使用宏。

#define GENERIC_MAX（type) \type type##_max(type x,type y)\{         \return x>y?x:y;\}

在这里##就将type和_max连接在一起了，起到了粘合的作用。

使用如下：

#include<stdio.h>#define GENERIC_MAX(type) \type type##_max(type x,type y)\{         \return x>y?x:y;\}//定义函数
GENERIC_MAX(int);//int_max
GENERIC_MAX(float);//float_maxint main()
{int r1 = int_max(3, 5);printf("%d\n", r1);float r2 = float_max(3.1f, 4.5f);printf("%f\n", r2);return 0;
}

运行结果：

八、命名约定

宏名全部大写，而函数名不会全部大写，以此来区分它们。

九、#undef

#undef⽤于移除⼀个宏定义。
使用如下

#undef NAME

例如：

可以看到使用undef移除宏定义MAX后，MAX就是陌生的了。

十、命令⾏定义

许多C的编译器提供了⼀种能⼒，允许在命令⾏中定义符号。⽤于启动编译过程。
例如：假定某个程序中声明了⼀个某个⻓度的数组，如果机器内存有限，我们需要⼀个很⼩的数组，但是另外⼀个机器内存⼤些，我们就需要一个更大的数组。此时就可以使用在预编译的过程使用命令行定义。

例如：

#include<stdio.h>int main()
{int arr[SZ];for (int i = 0; i < SZ; i++){arr[i] = i + 1;}for (int i = 0; i < SZ; i++){printf("%d ", arr[i]);}return 0;
}

假设想要数组的大小为100，那么就在预处理阶段输入命令：gcc test.c -D SZ=100 -o test。

十一、条件编译

在编译⼀个程序的时候我们可以选择将一部分语句编译或者放弃是很⽅便的。因为我们有条件编译指令。

例如调试性的代码，删除可惜，保留⼜碍事，所以我们可以进行选择性的编译。

常⻅的条件编译指令：

1、单个条件编译

#if 常量表达式//...
#endif

如果if后面的常量表达式为真，这条语句就编译；为假就不编译。

代码一：

#include<stdio.h>int main()
{
#if 1printf("hehe\n");
#endifreturn 0;
}

运行结果：

代码二：

#include<stdio.h>
#define M -5int main()
{
#if M>0printf("hehe\n");
#endifreturn 0;
}

运行结果：

2、多个分支的条件编译

#if 常量表达式//...
#elif 常量表达式//...
#else//...
#endif

满足哪个分支的条件就编译其对应的语句。

使用如下：

#include<stdio.h>#define M 3int main()
{
#if M==0printf("hehe\n");
#elif M==1printf("haha\n");
#elseprintf("ok\n");
#endifreturn 0;
}

运行结果：

3、判断是否被定义

#if defined(symbol)  // == #ifdef symbol
#if !defined(symbol) // == #ifndef symbol

如果symbol被定义过就为真，就编译对应的语句。

使用如下：

#include<stdio.h>#define MAX 1int main()
{
#if defined(MAX)    //== #ifdef MAXprintf("hehe\n");
#endifreturn 0;
}

运行结果：

4、嵌套指令

#if defined(OS_UNIX)#ifdef OPTION1unix_version_option1();#endif#ifdef OPTION2unix_version_option2();#endif
#elif defined(OS_MSDOS)#ifdef OPTION2msdos_version_option2();#endif
#endif

十二、头⽂件的包含

1、头⽂件被包含的⽅式

1）本地⽂件包含

#include "filename"
查找策略：
先在源⽂件所在⽬录下查找，如果该头⽂件未找到，编译器就像查找库函数头⽂件⼀样在标准位置查找头⽂件。如果找不到就提⽰编译错误。

Linux环境的标准头⽂件的路径：

 /usr/include

VS环境的标准头⽂件的路径：

C:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio 12.0\VC\include
//这是VS2013的默认路径 

注意按照⾃⼰的安装路径去找。

2）库⽂件包含

#include <filename.h>
查找策略：
查找头⽂件直接去标准路径下去查找，如果找不到就提⽰编译错误。

这样是不是可以说，对于库⽂件也可以使⽤ “” 的形式包含？
答案是肯定的，可以，但是这样做查找的效率就低些，并且这样也不容易区分是库⽂件还是本地⽂件了。

2、嵌套⽂件包含

我们已经知道， #include 指令可以使另外⼀个⽂件被编译。就像它实际出现于 #include 指令的地⽅⼀样。
这种替换的⽅式很简单：预处理器先删除这条指令，并⽤包含⽂件的内容替换。
⼀个头⽂件被包含10次，那就实际被编译10次，如果重复包含，对编译的压⼒就⽐较⼤。
test.c

#include "test.h"
#include "test.h"
#include "test.h"
#include "test.h"
#include "test.h"
int main()
{return 0;
}

test.h

void test();
struct Stu
{int id;char name[20];
};

如果直接这样写，test.c⽂件中将test.h包含5次，那么test.h⽂件的内容将会被拷⻉5份在test.c中。
如果test.h⽂件⽐较⼤，这样预处理后代码量会剧增。如果⼯程⽐较⼤，有公共使⽤的头⽂件，被⼤家都能使⽤，⼜不做任何的处理，那么后果真的不堪设想。
如何解决头⽂件被重复引⼊的问题？答案：条件编译。

在每个头⽂件的开头写：

#ifndef __TEST_H__
#define __TEST_H__
//... 头文件的内容 
#endif 

如果没有被有被定义，就执行后面的代码，下次再执行这一句时，由于已经定义过，那么后面的代码就不再编译了。

或者 #pragma once也可以。

这样就可以防止头文件被重复多次包含。

十三、其他预处理指令

#error
#pragma
#line
...#pragma pack()//设置结构体对齐的默认数

参考《C语⾔深度解剖》学习