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。
| 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（#）和标记粘贴运算符（##）。
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。