C 语言预处理详解预定义符号、宏定义、条件编译与头文件包含1. 预定义符号C 语言内置了一些预定义符号可以直接使用它们同样在预处理期间就被处理掉__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否则未定义使用示例printf(file:%s line:%d\n,__FILE__,__LINE__);2. #define 定义常量基本语法#definenamestuff举个例子#defineMAX1000#defineregregister// 为 register 这个关键字创建一个简短的名字#definedo_foreverfor(;;)// 用更形象的符号来替换一种实现#defineCASEbreak;case// 写 case 语句时自动把 break 写上如果定义的 stuff 过长可以分成几行写除最后一行外每行末尾都要加一个反斜杠\续行符#defineDEBUG_PRINTprintf(file:%s\tline:%d\t \ date:%s\ttime:%s\n,\__FILE__,__LINE__,\__DATE__,__TIME__)定义标识符时不要在最后加分号。比如写成#define MAX 1000;那么在下面这段代码里if(condition)maxMAX;elsemax0;替换之后 if 和 else 之间就变成了两条语句而没有大括号时 if 后面只能有一条语句于是出现语法错误。3. #define 定义宏#define机制允许把参数替换到文本中这种实现通常称为宏macro。声明方式#definename(parament-list)stuffparament-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参数列表就会被解释为 stuff 的一部分。举个例子#defineSQUARE(x)x*x这个宏接收一个参数 x。之后把SQUARE( 5 );置于程序中预处理器就会用5 * 5替换它。但观察下面这段代码inta5;printf(%d\n,SQUARE(a1));乍一看应该打印 36实际上打印的是 11。替换文本时参数 x 被替换成a 1这条语句实际变成了printf(%d\n,a1*a1);由替换产生的表达式没有按照预想的次序求值。给参数加上括号就能解决#defineSQUARE(x)(x)*(x)替换之后就产生了预期效果printf(%d\n,(a1)*(a1));但只给参数加括号还不够看另一个宏#defineDOUBLE(x)(x)(x)inta5;printf(%d\n,10*DOUBLE(a));看上去好像打印 100事实上打印的是 55因为替换之后是printf(%d\n,10*(5)(5));乘法运算先于宏定义里的加法所以出现了 55。解决办法是在宏定义表达式两边再加一对括号#defineDOUBLE(x)((x)(x))所以用于对数值表达式求值的宏定义都应该按这种方式加括号避免在使用宏时参数中的操作符和邻近操作符之间发生不可预料的相互作用。4. 带有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使用这个宏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时出现的永久性效果x1;// 不带副作用x;// 带有副作用MAX宏可以说明带有副作用的参数所引起的问题#defineMAX(a,b)((a)(b)?(a):(b))...x5;y8;zMAX(x,y);printf(x%d y%d z%d\n,x,y,z);预处理器处理之后的结果是z((x)(y)?(x):(y));x与y比较时分别取出 5 和 8比较结果为假于是执行条件表达式第三个分支的y取出 9 并让 y 变成 10。所以输出结果是x6 y10 z9。5. 宏替换的规则在程序中扩展#define定义的符号和宏时需要涉及几个步骤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。替换文本随后被插入到程序中原来文本的位置。对于宏参数名被它们的值所替换。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。有两点需要注意宏参数和#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。当预处理器搜索#define定义的符号时字符串常量的内容并不被搜索。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——就是第 4 节的MAX宏。宏和函数各有优劣完整对比如下属性#define 定义宏函数代码长度每次使用时宏代码都会被插入到程序中除了非常小的宏之外程序的长度会大幅度增长函数代码只出现在一个地方每次使用这个函数时都调用那个地方的同一份代码执行速度更快存在函数的调用和返回的额外开销所以慢一些运算符优先级宏参数的求值是在所有周围表达式的上下文环境里除非加上括号否则邻近操作符的优先级可能会产生不可预料的后果所以建议宏在书写的时候多写括号函数参数只在函数调用的时候求值一次结果值传递给函数表达式的求值结果容易预测带有副作用的参数参数可能被替换到宏体中的多个位置如果宏的参数被多次计算带有副作用的参数求值可能会产生不可预料的结果函数参数只在传参的时候求值一次结果容易控制参数类型宏的参数与类型无关只要对参数的操作是合法的它就可以使用于任何参数类型类型无关也就意味着不够严谨函数的参数是与类型有关的如果参数的类型不同就需要不同的函数调试宏是不方便调试的函数是可以逐语句调试的递归宏是不能递归的函数是可以递归的宏有时候还能做函数做不到的事情宏的参数可以出现类型。#defineMALLOC(num,type)\(type*)malloc(num*sizeof(type))// 使用MALLOC(10,int);// 预处理器替换之后(int*)malloc(10*sizeof(int));7. # 和7.1 # 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#definePRINT(n)printf(the value of #n is %d,n);按下面的方式调用PRINT(a);时a 替换到宏的体内就出现了#a而#a就是转换为a的一个字符串。代码会被预处理为printf(the value of a is %d,a);相邻的字符串字面量拼接起来运行代码就能在屏幕上打印the value of a is 107.2 ## 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因此被称为记号粘合。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。这里想一个场景写一个求两个数较大值的函数时不同的数据类型就得写不同的函数。intint_max(intx,inty){returnxy?x:y;}floatfloat_max(floatx,floaty){returnxy?x:y;}这样写起来太繁琐改用宏来生成// 宏定义#defineGENERIC_MAX(type)\type type##_max(type x,type y)\{\return(xy?x:y);\}#includestdio.hGENERIC_MAX(int)// 替换到宏体内后 int##_max 生成新的符号 int_max 做函数名GENERIC_MAX(float)// 替换到宏体内后 float##_max 生成新的符号 float_max 做函数名intmain(){// 调用函数intmint_max(2,3);printf(%d\n,m);floatfmfloat_max(3.5f,4.5f);printf(%f\n,fm);return0;}输出3 4.500000在实际开发过程中##使用的很少很难取出非常贴切的例子。8. 命名约定一般来讲函数和宏的使用语法很相似语言本身没法帮我们区分二者所以平时的习惯是把宏名全部大写函数名不要全部大写。9. #undef这条指令用于移除一个宏定义#undefNAME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. 命令行定义许多 C 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。比如根据同一个源文件要编译出一个程序的不同版本时这个特性就有点用处——假定某个程序中声明了一个某个长度的数组内存有限的机器需要一个小数组内存大些的机器则需要数组能够大些。#includestdio.hintmain(){intarray[ARRAY_SIZE];inti0;for(i0;iARRAY_SIZE;i){array[i]i;}for(i0;iARRAY_SIZE;i){printf(%d ,array[i]);}printf(\n);return0;}编译指令Linux 环境下演示gcc-DARRAY_SIZE10program.c-D在编译命令上定义了ARRAY_SIZE源文件里就不必再写对应的#define。11. 条件编译在编译一个程序的时候如果想把一条语句一组语句编译进去或者放弃掉用条件编译指令很方便。比如调试性的代码删除可惜保留又碍事就可以选择性地编译。#includestdio.h#define__DEBUG__intmain(){inti0;intarr[10]{0};for(i0;i10;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__}return0;}常见的条件编译指令有以下几类。单分支常量表达式由预处理器求值#if常量表达式// ...#endif#define__DEBUG__1#if__DEBUG__// ...#endif多个分支#if常量表达式// ...#elif常量表达式// ...#else// ...#endif判断是否被定义#ifdefined(symbol)#ifdefsymbol#if!defined(symbol)#ifndefsymbol嵌套指令#ifdefined(OS_UNIX)#ifdefOPTION1unix_version_option1();#endif#ifdefOPTION2unix_version_option2();#endif#elifdefined(OS_MSDOS)#ifdefOPTION2msdos_version_option2();#endif#endif12. 头文件的包含12.1 头文件被包含的方式12.1.1 本地文件包含#includefilename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如果找不到就提示编译错误。标准头文件的路径随环境而变Linux 环境下是/usr/includeVS 环境下类似C:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio 12.0\VC\include这是 VS2013 的默认路径实际要按自己的安装路径去找。12.1.2 库文件包含#includefilename.h查找头文件时直接去标准路径下去查找如果找不到就提示编译错误。那么对于库文件是不是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而且不容易区分是库文件还是本地文件了。12.2 嵌套文件包含#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。比如test.c#includetest.h#includetest.h#includetest.h#includetest.h#includetest.hintmain(){return0;}test.hvoidtest();structStu{intid;charname[20];};这样 test.c 文件中将 test.h 包含 5 次test.h 文件的内容会被拷贝 5 份到 test.c 中。如果 test.h 文件比较大预处理后代码量会剧增工程一大有被大家公共使用的头文件又不做任何处理后果不堪设想。解决办法是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#pragmaonce都可以避免头文件的重复引入。13. 其他预处理指令#error#pragma#line...这些指令用到时再自行了解即可其中#pragma pack()在结构体部分介绍。想深入的话可以参考《C 语言深度解剖》。