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C语言中的预处理

C语言程序中的预处理

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。

__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ANSI C，其值为1，否则未定义

使用演示：

#include <stdio.h>

int main()
{
	printf("file:%s  line:%d\n", __FILE__, __LINE__);
	return 0;
}

2. #define定义常量

基本语法：

#define  name  stuff

使用演示：

#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(;;) //⽤更形象的符号来替换⼀种实现
#define CASE break;case //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反斜杠(续行符）。
#include <stdio.h>

int main()
{
	printf("file:%s\tline:%d\t     \
		    date:%s\ttime:%s\n",   \
		   __FILE__, __LINE__,     \
		   __DATE__, __TIME__);
	return 0;
}

在这有个小问题：在define定义标识符的时候，到底要不要在最后加上 ; 呢？
比如下面这两行程序：

#define MAX 1000;
#define MAX 1000

结论：建议不要加上 ; 否则容易出现问题。
比如下面的程序：

if (condition)
	max = MAX;
else
	max = 0;

如果是加了分号的情况，等替换后，if和else之间就是2条语句，而没有大括号的时候，if后边只能有一条语句。这里会出现语法错误。

3. #define定义宏

#define 机制包括了一个规定，允许把参数替换到文本中，这种实现通常称为宏（macro）或定义宏（definemacro）。
下面是宏的申明方式：

#define name( parament-list ) stuff

其中的 parament-list 是一个由逗号隔开的符号表，它们可能出现在stuff中。
注意：

参数列表的左括号必须与name紧邻，如果两者之间有任何空白存在，参数列表就会被解释为stuff的一部分。

使用演示：

#define SQUARE( x ) x * x

这个宏接收一个参数 x 。如果在上述声明之后，你把 SQUARE( 5 ) 置于程序中，预处理器就会用下面这个表达式替换上面的表达式：5 * 5

注意：
下面这个程序使用宏的过程中存在一个问题：

int a = 5;
printf("%d\n", SQUARE( a + 1 ) );

一开始看，我们觉得没什么问题，认为答案是36，但实际打印到屏幕上的是数字11，为什么会这样呢？
这是因为替换文本时，参数x被替换成a+1，所以这条语句实际上变成了：

printf( "%d\n", a + 1 * a + 1 );

根据上面的程序，就能比较清晰地认识到其中的原因：替换产生的表达式并没有按照预想的次序进行求值。

解决方法：在宏定义上加上两个括号，这个问题便轻松的解决了：

#define SQUARE(x) (x) * (x)

这样预处理之后就产生了预期的效果：

printf ("%d\n",(a + 1) * (a + 1) );

这里还有一个宏定义：

#define DOUBLE(x) (x) + (x)

定义中我们使用了括号，想避免之前的问题，但是这个宏可能会出现新的错误。

int a = 5;
printf("%d\n" ,10 * DOUBLE(a));

这将打印什么值呢？看上去，好像打印100，但事实上打印的是55。
我们发现替换之后：

printf ("%d\n",10 * (5) + (5));

乘法运算先于宏定义的加法，所以出现了 55。
这个问题，的解决办法是在宏定义表达式两边加上一对括号就可以了。

#define DOUBLE(x)   ( ( x ) + ( x ) )

提示：

所以用于对数值表达式进行求值的宏定义都应该用这种方式加上括号，避免在使用宏时由于参数中的操作符和邻近操作符之间不可预料的相互作用。

4. 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的时候出现的永久性效果。
比如：

x+1;//不带副作⽤
x++;//带有副作⽤

MAX宏可以证明具有副作用的参数所引起的问题。

#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);//输出的结果是什么？

这里我们得知道预处理器处理之后的结果是什么：

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

所以输出的结果是：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，需要涉及几个步骤。

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

注意：

  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. 宏函数地对比

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))

那为什么不用函数来完成这个任务呢？

理由是以下两点：

  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。反之这个宏怎可以适用于整形、长整型、浮点型等可以用于 > 来比较的类型。宏的参数是类型无关的。

和函数相比宏的劣势：

  1. 每次使用宏的时候，一份宏定义的代码将插入到程序中。除非宏比较短，否则可能大幅度增加程序的长度。
  2. 宏是没法调试的。
  3. 宏由于类型无关，也就不够严谨。
  4. 宏可能会带来运算符优先级的问题，导致程容易出现错。

宏有时候可以做函数做不到的事情。比如：宏的参数可以出现类型，但是函数做不到。

#define MALLOC(num, type)\
		(type )malloc(num  sizeof(type))
...
//使用
MALLOC(10, int);//类型作为参数

//预处理器替换之后： 
(int *)malloc(10  sizeof(int));

宏和函数的一个对比：

属性#define定义宏函数
代码长度每次使用时，宏代码都会被插入到程序中。除了非常小的宏之外，程序的长度会大幅度增长函数代码只出现于一个地方；每次使用这函数时，都调用那个地方的同一份代码
执行速度更快存在函数的调用和返回的额外开销，所以相对慢一些
操作符优先级宏参数的求值是在所有周围表达式的上下文环境里，除非加上括号，否则邻近操作符的优先级可能会产生不可预料的后果，所以建议宏在书写的时候多写括号。函数参数只在函数调用的时候求值一次，它的结果值传递给函数。表达式的求值结果容易预测。
带有副作用的参数参数可能被替换到宏体中的多个位置，如果宏的参数被多次计算，带有副作用的参数求值可能会产生不可预料的结果。函数参数只在传参的时候求值一次，结果容易控制。
参数类型宏的参数与类型无关，只要对参数的操作是合法的，它就可以使用于任何参数类型。函数的参数是与类型有关的，如果参数的类型不同，就需要不同的函数，即使他们执行的任务是不同的。
调试宏是不方便调试的函数是可以逐语句调试的
递归宏是不能递归的函数是可以递归的

7. #和##

7.1 #运算符

#运算符将宏的一个参数转换为字符串字面量。它仅允许出现在带参数的宏的替换列表中。
#运算符所执行的操作可以理解为 “字符串化”。
当我们有一个变量 int a = 10; 的时候，我们想打印出： the value of a is 10 。
就可以写：

#define PRINT(n) printf("the value of "#n " is %d", n);

当我们按照下面的方式调用的时候：
PRINT(a)；当我们把a替换到宏的体内时，就出现了#a，而#a就是转换为"a"，它是一个字符串。
代码就会被预处理为：

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

运行代码就能在屏幕上打印：

the value of a is 10

7.2 ##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。否则其结果就是未定义的。
这里我们想想，写一个函数求2个数的较大值的时候，不同的数据类型就得写不同的函数。
比如：

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

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

但是这样写起来太繁琐了，现在我们这样写代码试试：

//宏定义
#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

#include <stdio.h>

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

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);
	float fm = float_max(3.5f, 4.5f);
	printf("%f\n", fm);

	return 0;
}

输出：
在这里插入图片描述

8. 命名约定

⼀般来讲函数和宏的使用语法很相似。所以语言本身没法帮我们区分二者。
那我们平时的⼀个习惯是：

把宏名全部大写
函数名不要全部⼤写

9. #undef

这条指令用于移除一个宏定义。

#undef NAME
//如果现存的一个名字需要被重新定义，那么它的旧名字⾸先要被移除。

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。
比如说：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。）

#define ARRAY_SIZE 100

#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如果要将一条语句（一组语句）编译或者放弃是很方便的。
因为我们有条件编译指令。
比如说：

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__
    //..
#endif

2.多个分支的条件编译
#if 常量表达式
    //...
#elif 常量表达式
    //...
#else
    //...
#endif

3.判断是否被定义
#if defined(symbol)
#ifdef symbol

#if !defined(symbol)
#ifndef symbol

4. 嵌套指令
#if defined(OS_UNIX)
    #ifdef OPTION1
        unix_version_option1();
    #endif
    #ifdef OPTION2
        unix_version_option2();
    #endif
#elif defined(OS_MSDOS)
    #ifdef OPTION2
        msdos_version_option2();
    #endif
#endif

12. 头文件的包含

12.1 头文件被包含的方式：

12.1.1 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

得按照自己的安装路径去找。

12.1.2 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？
其实是可以的，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。

12.2 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.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;
}

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，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。

每个头文件的开头写：

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

或者：

#pragma once

这两种方法都可以避免头文件的重复引入。

转载自 CSDN-专业IT技术社区

原文链接：https://blog.csdn.net/ACH_YYX/article/details/169846153

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