【C语言航路】第十五站：程序环境和预处理（下）

了解了#的作用，我们在来了解一下##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。

如下代码所示

#include<stdio.h>
#define CAT(x,y) x##y
int main()
{
  int helloworld = 2023;
  printf("%d\n", CAT(hello, world));
  return 0;
}

5.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++        //带副作用

我们来看这样一个例子

#define MAX(x,y) ((x)>(y)?(x):(y))
#include<stdio.h>
int main()
{
  int a = 4;
  int b = 6;
  int m = MAX(a++, b++);
  printf("%d\n", m);
  printf("%d %d\n", a, b);
  return 0;
}

最终的运行结果是

这是因为MAX这个宏只是一个替换，而不是像函数一样，先引用在带入

所以这个宏被预处理阶段处理后变为了

int m= ((a++)>(b++)?(a++):(b++))

a一开始是4，b一开始是6，先引用后++，也就是结果为b++，但此时a已经变为了5，b已经变为了7，然后继续先引用后++，最终m就是7。a是5，b是8

而如果是一个函数的话，就不是发生替换，而是直接的先引用a和b的值，在让a和b都加1

所以结果为m为6，a为5，b为7

6.宏和函数的对比

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

#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

宏的缺点：当然和函数相比宏也有劣势的地方：

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。

但是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。

如下代码

#include<stdio.h>
#define MALLOC(num,type) (type*)malloc(num*sizeof(type))
int main()
{
  int* p1 = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
  int* p2 = MALLOC(10, int);
  return 0;
}

宏和函数的对比

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

3.#undef

这条指令用于移除一个宏定义

4.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。）

比如说在下面的这段代码中

#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;
}

linux环境可以使用这个命令行

gcc -D ARRAY_SIZE=10 programe.c

5.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。

比如下面代码意思就是，如果定义了PRINT就可以编译printf("hehe")，无论PRINT是多少都是可以的，如果没有定义PRINT就不可编译printf("hehe")；

#include<stdio.h>
#define PRINT 
int main()
{
#ifdef PRINT
  printf("hehe\n");
#endif
  return 0;
}

下面是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

关于这个指令需要注意的是，如果常量表达式的值为0，则为假不编译，如果为真，则编译

2.多分支的条件编译指令

#if 常量表达式

//...

#elif 常量表达式

//...

#else

//...

#endif

常量表达式为真则参与编译，为假则不编译

3.判断是否被定义的指令

#if defined(symbol)

#ifdef symbol

#if !defined(symbol)

#ifndef symbol

4.嵌套指令

6.文件包含

1.头文件被包含的方式

（1）#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

（2）#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

2.嵌套文件包含

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

我们可以使用条件编译去解决这个问题

#ifndef TEST_1_H
#define TEST_1_H
int Add(int x, int y);
#endif

或者使用这个指令

#pragma once

四、其他预处理指令

#error

#pragma

#line

......

这里不再赘述

五、模拟实现offsetof宏

在计算结构体的大小的时候，我们常常使用到偏移量，而我们正好可以使用一个offsetof这个宏去计算结构体的某个成员的偏移量

如下代码所示

我们其实也是可以模拟实现一下这个宏的。我们的思路是这样的，因为结构体的第一个成员的偏移量是0,所以我们可以计算某个结构体成员的地址，减去第一个成员的地址就可以得到偏移量了。

为了简单，我们可以让结构体的地址就在0地址处，然后这样我们只需要计算某个成员的地址，就可以得到这个成员的偏移量了

#include<stdio.h>
#include<stddef.h>
#define OFFSETOF(type,member) (size_t)&(((type*)0)->member)
struct S
{
  char c1;
  int i;
  char c2;
};
int main()
{
  printf("%d\n", OFFSETOF(struct S, c1));
  printf("%d\n", OFFSETOF(struct S, i));
  printf("%d\n", OFFSETOF(struct S, c2));
}

六、写一个宏，可以将一个数的二进制数的奇数位和偶数位交换

我们的思路是按位与和移位操作符结合完成的

首先对于任意一个二进制数，如果他按位与1，则为原来的数，如果按位与0，则为0

我们假定二进制数的位数是1--32。

所以我们可以先对一个二进制数的偶数位按位与1，奇数位按位与0。即提取处了偶数位，然后将他右移，就将全部的偶数位移动到了奇数位

然后对一个二进制的奇数位按位与1，偶数位按位与0，即提取出了全部的奇数位，然后将他左移，就将全部的奇数位移动到了偶数位置

#include<stdio.h>
#define SWAP(x) (((x&0xaaaaaaaa)>>1)+((x&0x55555555)<<1))
int main()
{
  int a = 10;
  a = SWAP(a);
  printf("%d\n", a);
  return 0;
}

总结

本节主要讲解了程序环境和预处理指令

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