在ANSI C的任何一种实现中,存在两个不同的环境。
第1种是翻译环境,在这个环境中源代码被转换为可执行的机器指令。
第2种是执行环境,它用于实际执行代码。
- 组成一个程序的每个源文件通过编译过程分别转换成目标代码(object code)。
- 每个目标文件由链接器(linker)捆绑在一起,形成一个单一而完整的可执行程序。
- 链接器同时也会引入标准C库函数中任何被该程序所用到的函数,而且它可以搜索程序员个人的程序库,将其需要的函数也链接到程序中。
看代码:
sum.c
int Add(int num1,int num2)
{
return num1+num2;
}
test.c
#include
extern int Add(int, int);
int main()
{
int ret = Add(1,2);
printf("%d\n",ret);
return 0;
}
gcc -E test.c -o test.i
gcc -S test.c
gcc -c test.c
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程序执行的过程:
__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
语法:
#define name stuff
如:
#define MAX 1000
#define reg register //为 register这个关键字,创建一个简短的名字
#define do_forever for(;;) //用更形象的符号来替换一种实现
#define CASE break;case //在写case语句的时候自动把 break写上。
// 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)。
#define DEBUG_PRINT printf("file:%s\tline:%d\t \
date:%s\ttime:%s\n" ,\
__FILE__,__LINE__ , \
__DATE__,__TIME__ )
注:在define定义标识符时不要在末尾加分号(;),容易出现分号重复的现象。
#define MAX 1000;
if(condition)
max = MAX;
else
max = 0;
这里会多出一条空语句。
#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)。
下面是宏的申明方式:
#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。
如:
#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
警告:
这个宏存在一个问题:
观察下面的代码段:
int a = 5;
printf("%d\n" ,SQUARE( a + 1) );
乍一看,你可能觉得这段代码将打印36这个值。
事实上,它将打印11.
为什么?
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 );
这样就比较清晰了,由替换产生的表达式并没有按照预想的次序进行求值。
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)
这样预处理之后就产生了预期的效果:
printf ("%d\n",(a + 1) * (a + 1) );
这里还有一个宏定义:
#define DOUBLE(x) (x) + (x)
定义中我们使用了括号,想避免之前的问题,但是这个宏可能会出现新的错误。
int a = 5;
printf("%d\n" ,10 * DOUBLE(a));
这将打印什么值呢?
warning:
看上去,好像打印100,但事实上打印的是55.
我们发现替换之后
printf ("%d\n",10 * (5) + (5));
乘法运算先于宏定义的加法,所以出现了
55 .
这个问题,的解决办法是在宏定义表达式两边加上一对括号就可以了。
#define DOUBLE( x) ( ( x ) + ( x ))
在程序中扩展#define定义符号和宏时,需要涉及几个步骤。
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
MAX宏可以证明具有副作用的参数所引起的问题。
#define MAX(a, b) ( (a) > (b) ? (a) : (b) )
...
x = 5; y = 8; z = MAX(x++, y++);
printf("x=%d y=%d z=%d\n", x, y, z);//输出的结果是什么?
这里我们得知道预处理器处理之后的结果是什么:
z = ( (x++) > (y++) ? (x++) : (y++));
所以输出的结果是:
x=6 y=10 z=9
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。
#define MAX(a, b) ((a)>(b)?(a):(b))
那为什么不用函数来完成这个任务?
原因有二:
#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));
宏和函数的一个对比
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 | 函数代码只出现于一个地方;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,所以相对慢一些 |
操作符优先级 | 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些括号。 | 函数参数只在函数调用的时候求值一次,它的结果值传递给函数。表达式的求值结果更容易预测 |
带有副作用的参数 | 参数可能被替换到宏体中的多个位置,所以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,结果更容易控制。 |
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 | 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,即使他们执行的任务是不同的。 |
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 |
一般来讲函数的宏的使用语法很相似。所以语言本身没法帮我们区分二者。
那我们平时的一个习惯是:
把宏名全部大写
函数名不要全部大写
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。
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
#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__
//..
#endif
2.多个分支的条件编译
#if 常量表达式
//...
#elif 常量表达式
//...
#else
//...
#endif
3.判断是否被定义
#if defined(symbol)
#ifdef symbol
#if !defined(symbol)
#ifndef symbol
4.嵌套指令
#if defined(OS_UNIX)
#ifdef OPTION1
unix_version_option1();
#endif
#ifdef OPTION2
unix_version_option2();
#endif
#elif defined(OS_MSDOS)
#ifdef OPTION2
msdos_version_option2();
#endif
#endif
我们已经知道, #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。
这种替换的方式很简单:
预处理器先删除这条指令,并用包含文件的内容替换。
这样一个源文件被包含10次,那就实际被编译10次。
#include "filename"
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
准位置查找头文件。
如果找不到就提示编译错误。
Linux环境的标准头文件的路径:
/usr/include
VS环境的标准头文件的路径:
C:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio 12.0\VC\include
注意按照自己的安装路径去找。
#include
查找头文件直接去标准路径下去查找,如果找不到就提示编译错误。
这样是不是可以说,对于库文件也可以使用 “” 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,当然这样也不容易区分是库文件还是本地文件了。
如果出现这样的场景:
comm.h和comm.c是公共模块。
test1.h和test1.c使用了公共模块。
test2.h和test2.c使用了公共模块。
test.h和test.c使用了test1模块和test2模块。
这样最终程序中就会出现两份comm.h的内容。这样就造成了文件内容的重复。
如何解决这个问题?
答案: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:
#pragma once