C语言学习笔记--C预处理器与头文件

C预处理器

C预处理器不是编译器的组成部分,但是它是编译过程中一个单独的步骤。简言之,C预处理器只不过是一个文本替换工具而已,它们会指示编译器在实际编译之前完成所需的预处理。
所有的预处理器命令都是以井号(#)开头。它必须是第一个非空字符,为了增强可读性,预处理器指令应从第一列开始。下面列出了所有重要的预处理器命令:

指令 描述
#define 定义宏
#include 包含一个源代码文件
#undef 取消已定义的宏
#ifdef 如果宏已经定义,则返回真
#ifndef 如果宏没有定义,则返回为真
#if 如果给定条件为真,则编译下面的代码
#else #if的替代方案
#elif 如果前面的#if给定条件不为真,当前条件为真,则编译下面代码
#endif 结束一个#if…#else条件编译块
#error 当遇到标准错误时,输出错误消息
#pragma 使用标准化方法,向编译器发布特殊的命令道编译器中

预处理器实例

分析下面的实例来理解不同的指令。

#define MAX_ARRAY_LENGTH 20

这个指令告诉预处理器把所有的MAX_ARRAY_LENGTH替换为20.使用#define定义常量来增强可读性。

#include 
#include "myheader.h"

这些指令告诉预处理器从系统库中获取stdio.h,并添加文本到当前的源文件中。下一行告诉预处理器从本地目录中获取 myheader.h,并添加内容到当前的源文件中。

#undef  FILE_SIZE
#define FILE_SIZE 42

这个指令告诉预处理器取消已定义的FILE_SIZE,并定义它为42。

#ifndef MESSAGE
   #define MESSAGE "You wish!"
#endif

这个指令告诉预处理器只有当MESSAGE未定义时,才定义MESSAGE。

#ifdef DEBUG
   /* Your debugging statements here */
#endif

这个指令告诉预处理器如果定义了DEBUG,则执行处理语句。在编译时,如果想gcc编译器传递了-DDEBUG开关量,这个指令就非常有用。它定义了DEBUG,可以再编译期间随时开启或关闭调试。

预定义宏

ANSI C定义了许多宏。在编程中可以使用这些宏,但是不能直接修改这些预定义的宏。

描述
__ DATE __ 当前日期,一个以“MMM DD YYYY”格式表示的字符常量。
__ TIME __ 当前时间,一个以 “HH:MM:SS” 格式表示的字符常量。
__ FILE __ 这会包含当前文件名,一个字符串常量。
__ LINE __ 这会包含当前行号,一个十进制常量。
__ STDC __ 当编译器以ANSI标准编译时,则定义为1。

尝试下面的实例:

#include 

main()
{
   printf("File :%s\n", __FILE__ );
   printf("Date :%s\n", __DATE__ );
   printf("Time :%s\n", __TIME__ );
   printf("Line :%d\n", __LINE__ );
   printf("ANSI :%d\n", __STDC__ );

}

当上面的代码被编译和执行时,会产生下列结果:

File :test.c
Date :Jun 2 2012
Time :03:36:24
Line :8
ANSI :1

预处理器运算符

C预处理器提供了下列的运算符来帮助创建宏:
宏延续运算符(\)
一个宏通常卸载一个单行上。但是如果宏太长,一个单行容纳不下,则使用宏延续运算符(\)。例如:

#define  message_for(a, b)  \
    printf(#a " and " #b ": We love you!\n")

字符串常量化运算符(#)
在宏定义中,当需要把一个宏的参数转换为字符串常量时,则使用字符串常量化运算符(#)。在宏中使用的该运算符有一个特定的参数或参数列表。例如:

#include 

#define  message_for(a, b)  \
    printf(#a " and " #b ": We love you!\n")

int main(void)
{
   message_for(Carole, Debra);
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时,会产生下列结果:

Carole and Debra: We love you!

标记粘贴运算符(##)
宏定义内的编辑粘贴运算符(##)会合并两个参数。它允许在宏定义中两个独立的标记被合并为一个标记。例如:

#include 

#define tokenpaster(n) printf ("token" #n " = %d", token##n)

int main(void)
{
   int token34 = 40;
   
   tokenpaster(34);
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时,会产生下列结果:

token34 = 40

因为这个实例会从编译器产生下列的实际输出:

printf ("token34 = %d", token34);

这个实例演示了token##n 会连接到token34中,在这里,我们使用了字符串常量化运算符(#)标记粘贴运算符(##)
defined()运算符
预处理器defined运算符是用在常量表达式中的,用来确定一个标识符是否已经使用#define定义过。如果指定的标识符已定义,则值为真(非零)。如果指定的标识符未定义,则值为假(零)。下面的实例演示了defined()运算符的用法:

#include 

#if !defined (MESSAGE)
   #define MESSAGE "You wish!"
#endif

int main(void)
{
   printf("Here is the message: %s\n", MESSAGE);  
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时,会产生下列结果:

Here is the message: You wish!

参数化的宏

预处理器一个强大功能就是可以使用参数化的宏来模拟函数。例如,下面的代码是计算一个数的平方:

int square(int x) {
   return x * x;
}

可以使用宏重写上面的代码,如下:

#define square(x) ((x) * (x))

在使用带有参数的宏之前,必须使用 #define指令定义。参数列表是括在圆括号内,且必须紧跟在宏名称的后边。宏名称和左圆括号之间不允许有空格。例如:

#include 

#define MAX(x,y) ((x) > (y) ? (x) : (y))

int main(void)
{
   printf("Max between 20 and 10 is %d\n", MAX(10, 20));  
   return 0;
}

上面的代码被编译和执行时,会产生下列结果:

Max between 20 and 10 is 20

用#define宏定义将a,b交换,不使用中间变量,两种方法实现swap(x,y);
实例:

#include 
#define MAX(x,y) ((x>y)?(x):(y))
#define SWAP1(x,y) {x=x+y;y=x-y;x=x-y;}
#define SWAP2(x,y) {x=x^y;y=x^y;x=x^y;}

int main()
{
    int a,b;
    scanf("%d %d",&a,&b);
    printf("Max number is:%d\n",MAX(a,b));
    printf("交换前:x=%d,y=%d\n",a,b);
    SWAP1(a,b);
    printf("交换后:x=%d,y=%d\n",a,b);
    SWAP2(a,b);
    printf("再次交换后:x=%d,y=%d\n",a,b);
    return 0;
}

输出结果为:

2 4
Max number is:4
交换前:x=2,y=4
交换后:x=4,y=2
再次交换后:x=2,y=4

头文件

头文件是扩展名为.h的文件,包含了C函数声明和宏定义,被多个源文件中引用共享。有两种类型的头文件:程序员编写的头文件和编译器自带的头文件。
在程序中要使用头文件,需要使用C预处理指令 #include 来引用它。前面我们已经看过 stdio.h头文件,它是编译器自带的头文件。
引用头文件相当于复制头文件的内容,但是我们不会直接在源文件中复制头文件的内容,因为这样很容易出错,特别是在程序中由多个源文件组成的时候。
在C或C++程序中,建议把所有的常量、宏、系统全局变量和函数原型写在头文件中,需要的时候随时引用这些头文件。

引用头文件的语法

使用预处理指令 #include可以引用用户和系统头文件。它的形式有以下两种:

#include 

这种形式用于引用系统头文件。它在系统目录的标准列表中搜索名为file的文件。

#include "file"

这种形式用于引用用户头文件。它在包含当前文件的目录中搜索名为file的文件。

引用头文件的操作

#include指令会指示C预处理器浏览指定的文件作为输出。预处理器的输出包含了已经生成的输出,被引用文件生成的输出以及 #include指令之后的文本输出。例如,如果有一个头文件header.h,如下:

char *test (void);

和一个使用了头文件的主程序program.c,如下:

int x;
#include "header.h"

int main (void)
{
   puts (test ());
}

编译器会看到如下的代码信息:

int x;
char *test (void);

int main (void)
{
   puts (test ());
}

只引用一次头文件

如果一个头文件被引用两次,编译器会处理两次头文件的内容,这将产生错误。为了防止这种情况,标准的做法就是把文件的整个内容放在条件编译语句中,如下:

#ifndef HEADER_FILE
#define HEADER_FILE

the entire header file file

#endif

这种结构就是通常说的包装器 #ifndef。当再次引用头文件时,条件为假,因为HEADER_FILE已定义。此时,预处理器会跳过文件的整个内容,编译器会忽略它。

有条件引用

有时需要从多个不同的头文件中选择一个引用到程序中。例如,需要制定在不同的操作系统上使用的配置参数。可以通过一系列条件来实现这一点。如下:

#if SYSTEM_1
   # include "system_1.h"
#elif SYSTEM_2
   # include "system_2.h"
#elif SYSTEM_3
   ...
#endif

但是如果头文件比较多的时候,这样做是很不妥当的,预处理器使用宏来定义头文件的名称。这就是所谓的有条件引用。它不是用头文件的名称作为**#include**的直接参数,只需要使用宏名称替代即可:

 #define SYSTEM_H "system_1.h"
 ...
 #include SYSTEM_H

SYSTEM_H 会扩展,预处理器会查找 system_1.h,就像 #include 最初编写的那样。

你可能感兴趣的:(个人笔记,学习笔记,C语言,C语言,学习笔记,预处理器,头文件)