【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 

使用方法如下：

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

打印结果如下：

2. #define 定义常量

2.1 基本语法：

#define name stuff

举个例⼦：

1.#define MAX 1000
2.#define do_forever for(;;)  //⽤更形象的符号来替换⼀种实现 

2.2 续行符的使用

如果定义的 stuff过⻓，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)。

注意：反斜杠后直接回车即可，不能加空格之类的，否则不能起到换行效果。

#define DEBUG_PRINT printf("file:%s\tline:%d\t \
 date:%s\ttime:%s\n" ,\
 __FILE__,__LINE__ , \
 __DATE__,__TIME__ ) 

2.3 思考：在define定义标识符的时候，要不要在最后加上 ; ?

#define MAX 1000;
• 1

建议不要加分号，这样显得多于，并且在某些情况下会出现错误。比如：

#define  MAX 10;
int main()
{
  printf("%d\n", MAX);
  
    //预处理其间会进行如下替换，这样就出现了语法错误
    // printf("%d\n", 10;); 
    
  return 0;
}

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。

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。

举例：

#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。

警告：

这个宏存在⼀个问题：

观察下⾯的代码段：

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

乍⼀看，你可能觉得这段代码将打印36，事实上它将打印11，为什么呢？

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 );

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)

这样预处理之后就产⽣了预期的效果：

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

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或邻近操作符之间不可预料的相互作⽤。

4. 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：
4. 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。
5. 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。

5. 宏函数的对⽐

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))

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、⻓整型、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⻓度。
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：

6. # 和##

6.1 #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“。

我们先做一个铺垫，在C语言中有这么一个现象：

C语言中会把两个字符串天然合并成一个字符串，它的效果和一个字符串一样。

我们假设下面的一个场景：

int main()
{
  int a = 1;
  printf("the value of a is %d\n", a);
  int b = 20;
  printf("the value of b is %d\n", b);
  float f = 5.6f;
  printf("the value of f is %f\n", f);
  return 0;
}

我们发现上面代码中的三个 printf 语句的功能是相似的，都是在打印数据。只有打印格式和打印的值不同。

我们可以写一个宏来实现上述功能：

#define Print(n,format)    printf("the value of " #n " is "format"\n",n);
int main()
{
  int a = 1;
  Print(a, "%d");
  int b = 20;
  Print(b, "%d");
  float f = 5.6f;
  Print(f, "%f");
  return 0;
}

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：

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

根据C语言的特性，运⾏代码就能在屏幕上打印：

6.2 ## 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>yx: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

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;
}

打印结果如下：

在实际开发过程中##使⽤的很少，很难取出⾮常贴切的例⼦。

7. 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。

8，#undef

这条指令⽤于移除⼀个宏定义。

使用这条语句前，可以正常打印。

使用后，把MAX宏移除了，发生报错了：

9. 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。

9.1 单分支条件编译：当 if 后的常量表达式为真时，语句才执行；否则不执行。

#if 常量表达式
 //...(代码语句)
#endif
//常量表达式由预处理器求值。

比如：此时不执行 printf 语句。

再比如：此时 M >0成立，打印 hehe 。

9.2 多分支条件编译：

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

比如：

9.3 判断是否被定义

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

10. 头⽂件的包含

10.1 头⽂件被包含的⽅式：

10.1.1 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。

10.1.2 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？

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。

10.2 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。

如何解决头⽂件被重复引⼊的问题？答案：条件编译。

方式1：每个头⽂件的开头写：

当第一次包含头文件时，没有定义 NAME 为真，把头⽂件中包含的内容替换(这时已经定义了NAME)。当之后再包含头文件时，不满足条件编译，头文件的内容不执行。

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

方式2：

#pragma once

就可以避免头文件的重复引入。