C语言：预处理

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

示例：

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

输出结果：

file:test.c line:1

以上预定义符号，都是一些常量，可以自己一一尝试。

#define

在C语言中，#define是一个预处理器指令，用于定义宏。

宏是一个被预处理器替换的标识符或一个标识符和参数的组合。宏定义可以用来简化代码、提高代码的可读性和可维护性。

使用#define可以定义常量、函数宏等。

定义常量

• 定义常量：

#define PI 3.14

这样就可以在代码中使用PI来代表3.14。

• 定义关键字：

#define reg register

将 reg 定义为关键字 register，可以将reg这个简写代替register关键字使用。

• 定义代码段

#define CASE break;case

正常的switch语句每一个case都要加上break，通过这个写法，我们可以在写CASE时自动补齐break。

定义宏

#define 机制允许把参数替换到文本中，这种功能叫做 宏(macro) / 定义宏(define macro)

语法：

#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。

示例：

#define SQUARE(x) x * x

当我们在代码中输入以下代码：

int main()
{
  int a = 5;
  int b = SQUARE(a);
  return 0;
}

在编译后就会转化为：

int main()
{
  int a = 5;
  int b = a * a;
  return 0;
}

也就是直接发生了文本替换，这种宏的形式非常像函数，因此也可以称为宏函数。但是其也有很多需要注意的地方。

比如以下代码：

int a = 5;
int b = SQUARE(a + 1);

我们希望先执行a + 1，然后再传入SQUARE中，但是其不会这样做因为其会将上述代码直接替换为：

int a = 5;
int b = a + 1 * a + 1;

由于操作符优先级的问题，我们不会得到想要的结果。为了处理这个情况，我们需要把参数用小括号括起来：

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

代码就变成：

int a = 5;
int b = (a + 1) * (a + 1);

这样我们就可以行使预期的功能了。

那么我们再看到一串代码：

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

int a = 5;
int b = 10 * DOUBLE(a);

代码编译后为：

int a = 5;
int b = 10 * 5 + 5;

又出现了一样的问题，我们的 10 * DOUBLE(a)并没有先执行DOUBLE(a)，而展开后，又出现了操作符优先级问题，所以我们的宏还要再优化：

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

在宏的最外侧再加一层括号，就可以独立运行，不受外界操作符影响了。

通过以上推断，我们可以发现，宏虽然可以很好的替换代码，但是会受到外界操作符的影响，此时就要注意很多细节。

宏与函数对比

函数在调用时，是会开辟内存创建栈帧的，而宏则直接执行，所以速度更快。但是由于宏是在编译阶段就已经处理好了，所以宏不能通过调试观察现象，还要操作符优先级带来的种种问题。因此宏不适合处理复杂的函数，但是很适合短小简单的函数。

#操作符

功能：

#可以将宏的参数转化为字符串

比如以下代码：

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

我们尝试调用：

int a = 5;
PRINT(a);

代码就会被转化为：

int a = 5;
printf("the value of ""a" " is %d", a);

可以看到，两个n的替换效果是不同的，对于n其会直接被替换为变量a；而对于#n，其不是简单的替换，而是把参数名转化为了字符串”a“。

##操作符

##操纵符可以将两个符号合并为一个符号

示例：

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

该宏用于创建不同类型的比大小函数，由于不同函数需要不同的函数名，于是利用##来连接函数名，也就是type##_max部分。type是一个宏参数，当传入float，type##_max整体就被连接为float_max，当传入int，整体就被连接为int_max。也就是##起到一个连接作用。

条件编译

条件编译是C语言中的一种编译指令，用于在编译过程中根据指定的条件选择性地包含或排除某些代码。它主要是为了满足不同平台、不同编译选项或不同场景下的需求。

条件编译使用预处理指令实现，预处理指令以#开头。下面是一些常用的条件编译指令及其用法：

1. #if / #elif / #else / #endif
#if用于基于预处理器常量的值进行条件判断。
   #elif用于在多个条件之间进行选择。
   #else用于在没有匹配的#if或#elif时执行。
   #endif用于结束条件编译块。
   示例：

   #define NUM 5
   
   #if NUM > 10
       printf("NUM is greater than 10\n");
   #elif NUM > 0
       printf("NUM is greater than 0\n");
   #else
       printf("NUM is less than or equal to 0\n");
   #endif

这个代码和C语言的if代码很像，不过多讲解了。

2. #ifdef / #ifndef
#ifdef用于检查一个标识符是否已经定义，如果已定义则编译后面的代码，否则跳过。
   #ifndef与#ifdef相反，用于检查一个标识符是否未定义。
   示例：

#ifdef DEBUG
    printf("Debug mode enabled\n");
#endif

以上代码中，只要我们定义了DEBUG这个变量，就会输出"Debug mode enabled\n"语句。

3. #define
#define用于定义宏。宏是一种将一组指令作为一个整体进行替换的方式。
   示例：

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

int x = 10;
int y = 20;
int max = MAX(x, y);

#include

#include用于将指定的头文件包含到当前文件中。

示例：

#include <stdio.h>

int main() {
    printf("Hello, World!\n");
    return 0;
}

#pragma

#pragma用于向编译器发出特定的指令，如优化选项、警告控制等。它的语法和功能因编译器而异。

示例：

#pragma warning(disable: 4996)

这些是C语言中常用的条件编译指令和代码用法。通过合理使用条件编译，我们可以根据不同的需求自由地控制代码的编译过程。

头文件包含

头文件包含分两种形式：本地头文件与库文件。

库文件包含

语法：

#include <filename.h>

查找头⽂件会直接去标准路径下去查找，如果找不到就提⽰编译错误

我们平常使用的库文件都通过尖括号<>来包含，其会直接到存放库文件的路径中查找。

本地文件包含

#include "filename"

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

如果是用户自己编写的头文件，我们要用双引号""包含，如果通过这种方式包含头文件，那么会先在当前源文件的目录下查找，如果没有找到，再去库文件中查找。

也就是说：库文件也可以通过双引号包含，但是会多出额外的查找步骤，所以库文件还是用尖括号包含更好，而自己编写的头文件必须双引号包含。

嵌套文件包含

假设我们现在有以下文件结构：

头文件test.h：

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

源文件test.c：

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

我们在test.c中多次包含了头文件，这就会导致test.h反复被展开，产生大量重复代码。这就是嵌套文件包含的问题，那么我们要如何处理这个问题，让其只能被包含一次呢？

条件编译方法：

在头文件test.h中加入以下代码：

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

第一次包含头文件：

先执行#ifndef __TEST_H__，我们此时没有定义__TEST_H__这个变量，if成立，此时头文件会被展开，同时执行#define __TEST_H__，此时__TEST_H__就已经被定义了

第二次包含头文件：

第二次站时，由于上一次展开已经定义了__TEST_H__这个变量，导致#ifndef __TEST_H__判断为假，此时整个头文件都不会再被编译，直接舍弃后续再展开头文件，都会因为 __TEST_H__被定义而不会编译，解决了嵌套编译的问题。

一般而言，我们这个用于判断头文件有没有被展开过的变量，是头文件名通过一定规则转化来的：

1. 在头文件前后加上两个下划线__头文件.h__
2. 把头文件中的点.也改为下划线__头文件_h__

因此test.h的常量就是：__TEST_H__。

pragma：

通过条件编译其实是比较传统的写法，我们还有一种更加简洁方便的写法：

#pragma once

只要在任何头文件前面加上这句话，就只会被编译一次了。