C语言 —— 铭纹织构未诞之镜 - 预处理详解
目录
1. 什么是预处理（预编译）
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2. 预定义符号
3. #define 定义常量
4. #define定义宏
5. 带副作用的宏参数
6. 宏替换的规则
7. 宏和函数的对比
8. #和##
8.1 #运算符
8.2 ## 运算符
9. #undef
10. 条件编译
1. 什么是预处理（预编译）
预处理是指在C语言源代码被编译之前，由预处理程序对源代码进行的一系列处理过程
在预处理阶段，源文件和头文件会被处理成为.i为后缀的文件：test.c→test.i
预处理器将源文件（.c文件）进行预处理，生成预处理后的文件（.i文件）
我们在 gcc 环境下对 test.c ⽂件预处理后的.i文件，命令如下：
gcc -E test.c -o test.i预处理阶段主要处理那些源⽂件中#开始的预编译指令，比如：#include,#define，处理的规则如下：
1. 宏替换
2. 头文件展开
3. 条件编译
4. 处理其他预处理指令#pragma等
5. 去掉注释
总而言之： 预处理就是编译和链接过程中的一个阶段
在预处理阶段，源文件和头文件都会被处理成.i为后缀的文件，预处理阶段主要是处理那些源文件中以#开头的预处理指令
2. 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（不支持报错）
_STDC_不支持在vs里使用
#include<stdio.h>int main()
{printf("%s\n", __FILE__);printf("%d\n", __LINE__);printf("%s\n", __DATE__);printf("%s\n", __TIME__);return 0;
}
3. #define 定义常量
基本语法：
#define name stuff#define MAX 1000
#define reg register//为 register这个关键字，创建⼀个简短的名字#define CASE break;case//在写case语句的时候⾃动把 break写上。用更形象的符号来替换⼀种实现
#define do_forever for(;;)//⽤更形象的符号来替换⼀种实现
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)
// 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)#define DEBUG_PRINT printf("file:%s\tline:%d\t \date:%s\ttime:%s\n" ,\__FILE__,__LINE__ , \__DATE__,__TIME__ )
我们在define定义标识符的时候，不要在最后加上 ;（分号） ，举个例子：
if (condition)max = MAX;
elsemax = 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
4. #define定义宏
基本格式：
#define 标识符 替换列表#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（define macro）
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
但是这个宏存在⼀个问题：我们观察下面的代码，你可能觉得这段代码将打印36，事实上它将打印11
int a = 5;
printf("%d\n" ,SQUARE( a + 1) );为什么呢？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 );我们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)
预处理之后
printf ("%d\n",(a + 1) * (a + 1) );
总结：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
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++;//带有副作⽤我们举个例子：MAX宏可以证明具有副作用的参数所引起的问题，先看一段正常的代码：
#include<stdio.h>#define MAX(X,Y) ( (X) > (Y) ? (X) : (Y) )#define M 10
int main()
{int a = 3;int b = 5;int m = MAX(a, M);printf("m=%d \n", m);printf("a=%d \n", a);printf("b=%d \n", b);}
然后我们再看一段出现超过一次的代码：
#include<stdio.h>#define MAX(X,Y) ( (X) > (Y) ? (X) : (Y) )//#define M 10
int main()
{int a = 3;int b = 5;int m = MAX(a++, b++);printf("m=%d \n", m);printf("a=%d \n", a);printf("b=%d \n", b);}
++ 是后缀递增操作，会先返回变量的当前值，然后再将变量递增1
//a3<b5
// 3++ 5++ 6++
int m = ((a++) > (b++) ? (a++) : (b++));//m=7
// ||
// (条件为假不执行)6. 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
7. 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时，写成下⾯的宏，更有优势⼀些
#define MAX(a, b) ((a)>(b)?(a):(b))
那我们为什么不用函数来完成这个任务？因为：
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));
8. #和##
8.1 #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?，时⼀个字符串代码就会被预处理为：
printf("the value of ""a" " is %d", a);
8.2 ## 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
我们写⼀个函数求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); \
}//替换到宏体内后int##_max ⽣成了新的符号 int_max做函数名
GENERIC_MAX(int)
//替换到宏体内后float##_max ⽣成了新的符号 float_max做函数名
GENERIC_MAX(float)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;
}
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. 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__//..
#endif2.多个分⽀的条件编译
#if 常量表达式//...
#elif 常量表达式//...
#else//...
#endif3.判断是否被定义
#if defined(symbol)
#ifdef symbol#if !defined(symbol)
#ifndef symbol4.嵌套指令
#if defined(OS_UNIX)#ifdef OPTION1unix_version_option1();#endif#ifdef OPTION2unix_version_option2();#endif
#elif defined(OS_MSDOS)#ifdef OPTION2msdos_version_option2();#endif
#endif完结撒花~