C Primer Plus (第五版)中文版——第 16 章 C 预处理器和 C 库

16.1  翻译程序的第一步

对程序作与处理前，编译器会对它进行几次翻译处理：

• 首先，编译器把源代码中出现的字符映射到源字符集。该过程处理多字节字符和三元字符。
• 其次，编译器查找反斜线后紧跟换行符的实例并删除这些实例。
• 接下来，编译器将文本划分成预处理的语言符号序列、空白字符、注释序列。

16.2  明显常量：#define

每个 #define 行（逻辑行）由三部分组成：

• 第一部分：#define 指令自身。
• 第二部分：宏（macro）。宏的名字遵循 C 变量命名规则。
• 第三部分：替换列表或主体。

预处理器在程序中发现宏后，会用替换文本代替该宏。例外情况是双引号中的宏。从宏变成最终的替换文本的过程称为宏展开。

预处理器不进行计算，只按照指令进行文字替换操作。

16.2.1  语言符号

从技术方面看，系统把宏的主体当作语言符号（token）类型字符串，而不是字符型字符串。C 预处理器中的语言符号是宏定义主体中单独的词（word），词与词之间用空白字符分开。

从语言符号字符串的观点看，空格只是分隔主体中语言符号的符号；从字符型字符串的观点看，空格也是主体的一部分。

16.2.2  重定义常量

ANSI C 标准只允许新定义与就定义完全相同，即主体具有相同顺序的语言符号。例如，下面两个定义相同：

#define SIX 2 * 3
#define SIX 2   *   3

16.3  在 #define 中使用参数

通过使用参数，可以创建外形和作用都与函数相似的类函数宏（function-like macro）。宏的参数用圆括号括起来。如：

#define SQUARE(X) X*X        //类函数宏定义
num = SQUARE(2);             //使用

 SQUARE 为宏标识符，SQUARE(X) 中的 X 为类函数宏的参数，X*X 为替换列表。预处理器在程序中发现宏后，会用替换文本代替该宏（只进行文本替换，而不进行计算）。

16.3.1  利用宏参数创建字符串：# 运算符

# 运算符可以把语言符号转化为字符串，该过程称为字符串化。

#define SQUARE(X) printf("The squuare of "#x" is %d.\n", ((X)*(X)))        //定义
PSQR(5);                    //调用。调用时用"5"代替了#X

The squuare of 5 is 25.     //输出结果

16.3.2  预处理器的粘合剂：## 运算符

## 运算符可以把两个语言符号组和成一个语言符号。

#define XNAME(X) n ## X        //定义
XNAME(5);                      //调用
n5                             //输出结果

16.3.3  可变宏：... 和 __VA_ARGS__

实现思想：在宏定义中参数列表的最后一个参数为省略号（...）。这样预定义宏 __VA_ARGS__ 就可以被利用在替换部分中。

#define PR(X,...) printf("Message "#X": "__VA_ARGS__)        //定义
PR(5,"MrGold.\n");                          //调用
Message 5: MrGold.        //输出结果

16.4  宏，还是函数

宏与函数间的选择实际上是时间与空间的权衡。

• 编译器限制宏只能定义成一行。宏产生内联代码，即在程序中产生语句。若使用宏20次，则将20行代码插入程序中。
• 使用函数20次，程序中只有一份函数语句的拷贝，节省空间。但程序的控制必须转移到函数中并返回调用程序，花费的时间比内联代码多。

对于宏的几点注意：

• 宏的名字遵循 C 变量命名规则，不能含有空格。替换列表中可以含有空格。
• 用圆括号括住每个参数，并括住宏的整体定义。
• 用大写字母表示宏函数名。

16.5  文件包含：#include

预处理器发现 #include 指令后，就会寻找后跟的文件名并把这个文件的内容包含到当前文件中。被包含的文件中的文本将替换源代码文件中的 #include 指令，相当于被包含文件中的全部内容键入到源文件中的这个特定位置。 #include 指令有两种形式：

#include         //文件名放在尖括号中，优先搜索系统目录
#include "mystuff.h"      //文件名放在双引号中，优先搜索本地目录

16.5.1  头文件：.h 文件

头文件包含置于程序头部的信息。头文件经常包含预处理语句。头文件可由系统提供，也可以自己创建。

16.5.2  使用头文件

头文件内容最常见的形式包括：

• 明显常量：如 stdio.h 文件定义 EOF、NULL。
• 宏函数：如 ctype.h 文件包含 ctype 函数的宏定义。
• 函数声明：如 string.h 文件包含字符串函数系列的函数声明。
• 结构模板定义：如 stdio.h 文件包含 FILE 结构的声明。
• 函数定义：如 stdio.h 文件用 #define 使 FILE 代表指向 FILE 结构的指针。

16.8  C 库

16.8.1  访问 C 库

首先，通常可以在多个不同位置找到库函数。其次，不同的系统使用不同的方法搜索这些函数。

• 自动访问
• 文件包含，使用 #include 指令
• 库包含

16.9  数学库

数学库包含许多有用的数学函数。头文件 math.h 提供这些函数的函数声明或原型。

16.10  通用工具库

通用工具库包含各种函数，其中包括随机数产生函数、搜索和排序函数、转换函数和内存管理函数。头文件 stdlib.h 提供这些函数的函数声明或原型。

16.11  诊断库

诊断库是设计用于辅助调试程序的小型库，由头文件 assert.h 支持。它由宏 assert() 构成，assert() 宏的作用为：表示出程序中某个条件应为真的关键位置，并在条件为假时用 assert() 语句终止该程序。

16.12  string.h 库中的 memcpy() 和 memmove()

memcpy() 和 memmove() 函数为赋值数组提供了便利工具。下面是两个函数的原型：

void *memcpy(void * restrict s1, const void * restrict s2, size_t n);
void *memmove(void *s1, const void *s2, size_t n);

这两个函数均从 s2 指向的位置复制 n 字节数据到 s1 指向的位置，且均返回 s1 的值。两者间的差别由关键字 restrict 造成：

• memcpy() 假定两个内存区域之间没有重叠。复制过程类似于先将所有字节复制到一个临时缓冲区，再复制到目的地。
• memmove() 不做这个假定。

16.13  可变参数：stdarg.h

头文件 stdarg.h 为函数提供了“可以接受可变个数的参数”的能力。但必须按照如下步骤进行：

• 1.在函数原型中使用省略号。（省略号必须是最后参量）
• 2.在函数定义中创建一个 va_list 类型的变量。
• 3.用宏将该变量初始化为一个参数列表。
• 4.用宏访问这个参数列表。
• 5.用宏完成清理工作。

一个实例：

double sum(int lim, ...)   //最右边的参量（省略号前）用parmN表示，传递给该参量的实际参数值是省略号部分代表的参数个数。
va_list ap;                //创建一个va_list类型的变量ap，用于存放参数。
va_start(ap, lim);         //使用宏va_start()初始化为参数列表。宏va_start()接受两个参数：
                           //第一个参数为va_list类型的变量(此处为ap)，第二个参数为参量parmN(此处为lim)。
va_arg(ap,double);         //使用宏va_arg()访问参数列表中的内容。宏va_start()接受两个参数：
                           //第一个参数为va_list类型的变量（此处为ap），第二个参数为一个类型名  
va_end(ap)；               //使用宏va_end()完成清理工作。va_end()接受一个va_list类型的变量（ap）。

C99 添加了宏 va_copy() 来保存 va_list 变量的副本。宏 va_copy() 的两个参数均为 va_list 类型的变量，它将第二个参数复制到第一个参数中。例如：va_copy(apcopy, ap);   //apcopy 是 ap 的一个副本。