C语言预处理

C语言预处理

目录

程序的翻译环境和执行条件

翻译环境

编译本身也分为几个阶段

运行环境

 程序执行的过程

预处理

预定义符号

#define 

#define定义标识符

#define定义宏

宏的申明方式

#define替换规则

#和##

#的作用

##的作用

带副作用的宏参数

 宏和函数对比

宏和函数的对比（表格）

命名约定 

#undef

命令行的定义

条件编译

常见的编译指令

#if

 #if defined / #ifdef / if !defined / #ifndef

 文件包含

嵌套文件包含

---

程序的翻译环境和执行条件

在ANSI C的任何一种实现中，存在两个不同的环境。

第1种是翻译环境，在这个环境中源代码被转换为可执行的机器指令。

第2种是执行环境，它用于实际执行代码。

翻译环境

1、组成一个程序的每个源文件通过编译过程分别转换成目标代码（object code）。

2、每个目标文件由链接器（linker）捆绑在一起，形成一个单一而完整的可执行程序。

3、链接器同时也会引入标准C函数库中任何被该程序所用到的函数，而且它可以搜索程序员个人的程序库，将其需要的函数也链接到程序中

编译本身也分为几个阶段

运行环境  程序执行的过程

1. 程序必须载入内存中。在有 *** 作系统的环境中：一般这个由 *** 作系统完成。在独立的环境      中，程序的载入必须由手工安排，也可能是通过可执行代码置入只读内存来完成。
2. 程序的执行便开始。接着便调用main函数。
3. 开始执行程序代码。这个时候程序将使用一个运行时堆栈（stack），存储函数的局部变        量和返回地址。程序同时也可以使用静态（static）内存，存储于静态内存中的变量在程        序的整个执行过程一直保留他们的值。
4. 终止程序。正常终止main函数；也有可能是意外终止。

如果想要更加进一步了解以上相关细节：介绍一本书《程序员的自我修养》

预处理 预定义符号

__FILE__  //进行编译的源文件文件路径（）

__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

我们在这里用VS来测试一下：

#include
int main()
{
	printf("%sn", __FILE__);
	printf("%dn", __LINE__);
	printf("%sn", __DATE__);
	printf("%sn", __TIME__);
	return 0;
}

测试结果：

#define  #define定义标识符

用法：

#define MAX 1000  //MAX 就代表了1000

#define reg register
#define do_forever for(;;)
#define CASE break;case//为 register这个关键字，创建一个简短的名字
//用更形象的符号来替换一种实现
//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反斜杠(续行符)。
#define DEBUG_PRINT printf("file:%stline:%dt
date:%sttime:%sn" ,
__FILE__,__LINE__ ,
__DATE__,__TIME__ )

提问：

在define定义标识符的时候，要不要在最后加上 ; ?

比如：

#define MAX 1000;

#define MAX 1000

建议不要加上 ; 这样容易出现问题。比如一下场景：

#include
#define MAX 1000;
int mian()
{
	int max = 0;
	if (1)
		max = MAX;
	else
		max = 0;
	return 0;
}

    max = MAX;

在预编译阶段，MAX实现宏替换，这一行代码就变成了：max=1000;;

这样就相当于max=1000；是一个语句。；又是一个语句，那么下面的else再上一个语句没有找到if语句就会出错了。

#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）。

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。

如：

#define SQUARE(x)  x*x

当这个宏接收一个参数 x 。 如果在上述声明之后，你把

SQUARE(5);

在预编译之后就会替换成：

5*5；

但是这样定义会出现一个问题，比如：

当这个宏接收一个这样的参数时：

int a=2;

SQUARE(a+1);

原本你以为打印出来的值会是9，但实际上打印的是5。实际上上面的式子被替换成了：

2+1*1+2；

这样就比较清晰了，由替换产生的表达式并没有按照预想的次序进行求值。
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)

这样处理之后SQUARE(a+1);就被替换成了：

(2+1)*(2+1); //产生了预期结果

还有一种情况：

当宏定义为：

#define ADD(x) (x)+(x) 

定义中我们使用了括号，能避免之前的问题，但是这个宏可能会出现新的错误：

int a=2;

printf("%dn",10 * ADD(a));

原本我们想要的结果为40，但实际上的结果为22。

在预编译阶段，式子被宏替换成了

10*(2)+(2);

为了解决这个问题，我们在宏定义表达式两边加上一对括号就行了：

#define ADD(x) ( (x)+(x) )

这样原式子在预编译阶段就被替换成了：

10*((2)+(2));

这样就能得到预期结果。

        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 *** 作符或邻近 *** 作符之间不可预料的相互作用。

#define替换规则

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定义的变量。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。

#和## #的作用

如何把参数插入到字符串中？
首先我们看看这样的代码：

char* p = "hello ""worldn";
printf("hello"," worldn");
printf("%s", p);

在这里的输出结果将会是：hello world
由此我们发现字符串是有自动连接的特点。

那我们是不是可以这样写代码？

#include
#define PRINT(FORMAT, VALUE)
printf("the value is "FORMAT"n", VALUE);
int main()
{
		PRINT("%d", 10);
	return 0;
}

测试结果：

 

这里只有当字符串作为宏参数的时候才可以把字符串放在字符串中。

另外一个技巧是： 使用 # ，把一个宏参数变成对应的字符串。

比如：

#include
#define PRINT(FORMAT, VALUE)
printf("the value of " #VALUE " is "FORMAT "n", VALUE);
int main()
{
	int i = 10;
		PRINT("%d", i + 3)
	return 0;
}

测试结果：

在这里来看一个实际的用途：

 我们想要实现这样的效果：

这样在屏幕上输出a b的值。

上面的方法可以用宏来进一步改进

#include
#define PRINT(n) printf("the value of "#n" is %dn",n);
int main()
{
	int a = 10;
	PRINT(a);
	int b = 20;
	PRINT(b);
	return 0;
}

测试结果：

 #n 把传来的a,b当成字符串替换进去。

##的作用

##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。
举个栗子：

#include
#define CAT(X,Y) X##Y
int main()
{
	int class102 = 100;
	printf("%dn", CAT(class, 102));
	printf("%dn", CAT(1, 2));
	return 0;
}

测试结果：

##把class和102连接在了一起，即：class102。 

带副作用的宏参数

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。

例如：
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。

首先我们先引入一个例子：

#include
int main()
{
	int a = 10;
	int b = a + 1; //b得到的是11，a没有变
	int c = a++; //c得到的是11，但是a变了，变成11了
	return 0;
}

实际案例：

#include
//宏的实现
#define MAX(X,Y) ((X)>(Y)?(X):(Y))
int main()
{
	int a = 5;
	int b = 8;
	//宏的参数是不计算的而是直接替换进去的
	//替换之后再进行计算
	int m = MAX(a++, b++);
	printf("m=%dn", m);
	printf("a=%dn", a);
	printf("b=%dn", b);
	return 0;
}

    int m = MAX(a++, b++);

经过宏替换之后变成：int m = ((a++)>(b++)?(a++):(b++));

5++和8++先判断，后者大，接着该进入b++里面。并且此时a,b都被使用过了，则a=6,b=9。

b先被使用，把值赋值给m，m=9,b在这里被用过了，之后b再++变成了10

测试结果：

 

使用函数定义方法可以解决上面的问题：

#include
//函数的实现
int Max(int x, int y)
{
	return x > y ? x : y;
}
int main()
{
	int a = 5;
	int b = 8;
	int m = Max(a++, b++);
	printf("m=%dn", m);
	printf("a=%dn", a);
	printf("b=%dn", b);
	return 0;
}

    int m = Max(a++, b++);

Max将5，8传过去了，这时候a,b都已经被使用过了，那么就++,a=6,b=9;

再经过函数里的计算，5<8，则，m=8

测试结果：

 宏和函数对比

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。

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

那为什么不用函数来完成这个任务？ 原因有二：
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。宏是类型无关的。
当然和宏相比函数也有劣势的地方：
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。
举个栗子：

#include
#include
#define MALLOC(num,type) 
             (type*)malloc(num*sizeof(type))
int main()
{
	int* p = MALLOC(10, int);
	return 0;
}

    int* p = MALLOC(10, int);等价于

    int*p=(int*)malloc(sizeof(int)*10);

宏和函数的对比（表格）

命名约定 

一般来讲函数的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

#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。

命令行的定义

       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不同的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写，我们需要一个数组能够大写。）

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。

常见的编译指令

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

#if后面跟的是常量，不能是变量。比如int a=10;  这里a是变量，就不对了。

#if

#include
int main()
{
#if 1
	printf("hahan");
#endif
	printf("hehen");
	return 0;
}

测试结果：

在这里也可以用来达屏蔽代码的效果：

#include
int main()
{
#if 0
	printf("hahan");
	printf("hehen");
#endif
	return 0;
}

 测试结果：

 在这里我们可以看到什么也不打印了。

 #if defined / #ifdef / if !defined / #ifndef

测试用例：

#include
#define MAX 100
#define MIN 0
int main()
{
#if defined(MAX) //被定义时打印
	printf("hahan");
#endif

#ifdef MAX //被定义时打印
	printf("hehen");
#endif

#if !defined(MIN) //没有被定义时打印
		printf("heihein");
#endif

#ifndef MIN //没有被定义时打印
	printf("heihein"); 
#endif
	return 0;
}

测试结果：

 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。 这样一个源文件被包含10次，那就实际被编译10次。

本地文件包含：

#include"Filename.h"

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 9.0VCinclude

库文件包含:

#include

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。

嵌套文件包含

存在这样的一个场景：

 

 comm.h和comm.c是公共模块。 test1.h和test1.c使用了公共模块。 test2.h和test2.c使用了公共模块。 test.h和test.c使用了test1模块和test2模块。 这样最终程序中就会出现两份comm.h的内容。这样就造成了文件内容的重复。

 如何解决这个问题？ 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__

或者还有一个更简单的：

#pragma once //这种方法也可以避免头文件的重复包含