C语言_预处理详解

1. 预定义符号

C语言设置了一些预定义符号，可以直接使用，预定义符号也是在预处理期间处理的

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

举个例子：

printf("file:%s line:%d\n",__FILE__,__LINE__);

2. #define 定义常量

语法：

#define name stuff

示例如下：

#define MAX 1000
#define reg register
#define do_forever for(;;)
#define CASE break;case
//如果定义的stuff太长，可以分为几行写，除了最后一行外，每行的后面都要加一个续行符（反斜杠）
#define DEBUG_PRINT printf("file:%s\tline:%s\t \date:%s\ttime:%s\n",\__FILE__,__LINE__,\__DATE__,__TIME__);

还有个问题，我们使用define定义标识符的时候，要不要最后加;?

我建议不要，因为可能会导致一些问题。
比如：

#define MAX 1000;if(condition)max=MAX;
elsemax=0;

我们都知道，没有大括号的if语句只能跟一条语句，而if后面的语句经过替换后会有两个 ; ，也就是两个语句，所以会出现语法错误

3. #define 定义宏

本质：带参数的文本替换。类似函数但无函数调用的开销

这种实现被称为宏（macro）或定义宏（define macro）

宏的申明方式如下：

#define name(parament-list) stuff

parament-list是一个由逗号隔开的符号表，可能出现在stuff

注：
参数列表的左括号必须和name紧邻，如果两者之间有空格存在，参数列表就会被解释为stuff的一部分

4. 带有副作用的宏参数

当宏参数在宏的定义中出现的次数超过一次时，如果参数带有副作用，那使用这个宏就可能出现问题

例如：

#define MAX(a,b) ((a)>(b) ? (a) : (b))x=5;
y=8;
z=MAX(x++,y++);
printf("x=%d y=%d z=%d\n",x,y,z);

预处理器处理之后宏展开的样子如下：

z=((x++) > (y++) ? (x++) : (y++));

所以输出结果为：
x=6 y=10 z=9

5. 宏替换的规则

在程序中扩展#define定义符号和宏时，涉及如下几步：

  1. 在调用宏时，首先对参数进行检查，看看是否包含由#define定义的符号。如果是，则首先被替换
  2. 替换文本随后被插入到程序中原来文本的位置
  3. 最后，再次对结果文件进行扫描，看它是否包含任何由#define定义的符号。如果包含，就重复上述处理过程

注：

  1. 宏参数和#define定义中可以出现其他#define`定义的符号。但是对于宏，不能出现递归
  2. 当预处理器搜索#define定义的符号的时候，字符串常量的内容并不被搜索

6. 宏和函数的对比

宏通常被应用于执行简单的运算

如在两个数中找出较大的一个时：

#define MAX(a, b) ((a)>(b)?(a):(b))

那么问题来了，为什么不用函数呢？

原因有两个：

  1. 用于调用函数和从函数返回的代码可能比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. 函数的参数必须申明为特定的类型，所以函数只能在类型适合的表达式上使用。而宏的参数是跟类型无关的，任何类型都可以参与

和函数相比宏的劣势：

  1. 每次使用宏时，一份宏定义的代码将插入到程序中。若宏比较长，会大幅度增加程序的长度
  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，从而导致程序可能出错

宏有时也能做到函数做不到的事情。比如：宏的参数可以出现类型，但是函数做不到
如：

#define MALLOC(num,type) \(type*)malloc(num *sizeof(type))MALLOC(10,int);//类型作为参数
//预处理器替换之后：
(int*)malloc(10*sizeof(int));

7. # 和##

7.1 #运算符

#运算符会将宏的一个参数转换为字符串字面量。它仅被允许出现在带参数的宏的替换列表中

示例如下：
当有一个变量int a=10;的时候，想打印出：the value of a is 10

#define PRINT(n) printf("the value of "#n" is %d",n);int a=10;
PRINT(a);//会打印出the value of a is 10

PRINT(a)会被预处理为：

printf("the value of ""a" " is %d", a);

7.2 ##运算符

##运算符可以把位于它两边的符号合成一个符号，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

这样的连接必须产生一个合法的标识符。不然会导致结果未定义

此运算符的应用场景举例如下：
写一个函数求两个数最大值，比较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;
}

但如果用宏和##运算符来写，就会少很多事：

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

使用宏，定义不同函数：

GENERIC_MAX(int) //替换到宏体内后int##_max 生成了新的符号 int_max做函数名
GENERIC_MAX(float) //替换到宏体内后float##_max 生成了新的符号 float_max做函数名int main()
{//调用函数int m = int_max(2, 3);printf("%d\n", m);//输出 3float fm = float_max(3.5f, 4.5f);printf("%f\n", fm);//输出 4.500000return 0;
}

在实际开发过程中##的使用很少，很难有非常贴切的例子

8. 命名约定

函数与宏的使用语法很相似，所以语言无法帮我们区分二者。
所以我们要有的一个习惯是：
把宏名全部大写；函数名不要全部大写

9. #undef

如果现存的一个宏名字需要被重新定义，那么它需要先被移除。这时我们就要用到了#undef

如下：

#undef NAME

10. 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：当我们根据同⼀个源文件要编译出一个程序的不同版本的时候，这个特性有点用处。（假定某个程序中声明了⼀个某个长度的数组，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，我们需要⼀个数组能够大些。）

#include <stdio.h>
int main()
{int array [ARRAY_SIZE];int i = 0;for(i = 0; i< ARRAY_SIZE; i ++){array[i] = i;}for(i = 0; i< ARRAY_SIZE; i ++){printf("%d " ,array[i]);}printf("\n" );return 0;
}

编译指令：

//linux 环境演⽰
gcc -D ARRAY_SIZE=10 programe.c

11. 条件编译

在编译一个程序的时候我们要将一条语句（或一组语句）编译或者编译是很方便的。我们可以用条件编译语句

比如：
调试性的代码，删除可惜，保留⼜碍事，所以我们可以选择性的编译

#include <stdio.h>
#define __DEBUG__int main()
{int i = 0;int arr[10] = {0};for(i=0; i<10; i++){arr[i] = i;#ifdef __DEBUG__printf("%d\n", arr[i]);//为了观察数组是否赋值成功。 #endif //__DEBUG__}return 0;
}

常见的条件编译指令：

1.
#if 常量表达式//...
#endif//常量表达式由预处理器求值。
如：
#define __DEBUG__ 1
#if __DEBUG__//..
#endif2.多个分⽀的条件编译
#if 常量表达式//...
#elif 常量表达式//...
#else//...
#endif3.判断是否被定义
#if defined(symbol)
#ifdef symbol#if !defined(symbol)
#ifndef symbol4.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

12. 头文件的包含

12.1 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环境下标准头文件的路径：

/usr/include

VS环境下标准头文件的路径：

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

12.2 库文件包含

#include<filename.h>

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，当然这样也不容易区分是库⽂件还是本地⽂件了。

12.3 重复包含问题

test.h

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

test.c

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

若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贝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，用不做任何的处理，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：条件编译

每个头⽂件的开头写：

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

或

#pragma once

这样就避免了头文件的重复引入

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