C语言程序运行过程之预处理与预处理指令详解
本文主要阐述预处理的工作内容及常见预处理指令的用法等，相信看完本文以后，你对预处理的理解会步入一个新的台阶。
首先我们需要知道C语言程序在运行时需要经历的几个过程：
简单介绍一下各个阶段的作用：
预处理过程：完成了头文件的包含、#define定义的符号和宏的替换、删除了注释。
文件由 .c 结尾变为 .i 结尾
编译过程（指下面那个编译）：将C语言代码转换为汇编代码。
文件由 .i 结尾变为 .s 结尾
汇编过程：将汇编代码转换为机器指令（即二进制指令）。
文件由 .s 结尾变为 .o（Linus）或 .obj（Windows） 结尾
链接过程：将所有的目标文件和链接库组织成一个可执行文件。
生成一个以 .exe 结尾的可执行文件
由于一个程序中往往有不止一个源文件，这些源文件分别经过编译后，形成了多个 .o 结尾的目标文件，在链接过程将它们连接起来。由于库函数是在链接库中定义的，所以还需要把链接库也连接进来。
链接库以 .a(Linus) 或 .lib(Windows) 结尾
运行环境：用于实际执行代码。
本文主要解释预处理阶段，我们先来了解一下几个常用的预处理指令
#define定义宏
宏定义的格式：
#define 宏名 宏定义字符串
define前面以#开始，表示它在编译预处理中起作用，而不是真正的C语句，因此行尾无需跟分号。
宏名的定义与C语言标识符的定义规则相同，一般为了与变量名，函数名区别，常采用大写字母串作宏名，宏名与宏定义字符串间用空格分割，因此宏名中间不能有空格。宏定义字符串是宏名对应的具体实现过程，可以是任意字符串，中间可以有空格，以回车作结束符。
宏后面如果带括号，那么被认为是宏的参数，括号内可以有空格，例如：
宏的实现过程：在程序预编译时，所有出现宏名的地方，都会用宏定义字符串来替代。所以宏又被称为宏替换。值得注意的是：如果宏定义字符串后面跟分号，编译预处理时会把分号也作为宏替换内容。
宏的用途包括：
1. 定义符号常量，如PI，数组大小定义，例如：
这样定义数组大小可以增加程序的灵活性，比如更改数组大小的时候就不必在多处修改了。
当然C语言也允许嵌套定义，例如：
2. 简单的函数功能实现，宏的代码量有限，只能在一行内完成，因此它只能实现简单的函数功能，例如：
此处对于SUM（a，b），在预处理时，首先会用 x，y 替换掉 a，b ，然后再将SUM（x，y）替换为x+y。在这里需要注意的是，我们需要给每个参数都加上括号，最后再给整体加括号，如果不加，可能会造成意想不到的麻烦，举个例子：
3. 当程序中需要多次书写一些相同内容时，不妨把它简写成宏，例如：
此处的“ \ ”表示该行未结束，与下一行合起来成为完整的一行。
当然我也有见过这样写的：
这样写确实方便，但会降低代码的可读性，循环的次数也无法更改，限制了语句的灵活性 。
#define定义函数 与 函数 的区别对比
1. 实现过程不同
如上所言，宏在编译预处理阶段先完成参数的替换，再完成宏的替换。而函数的实现需要到运行环境中执行，首先进行参数传递，把实参值复制给形参，然后暂停主函数的执行，去执行该函数，函数得出的结果用 return 返回（也可能不返回）
宏的替换是完完整整的替换，而函数调用时，如果实参是表达式，那么先计算表达式的值，再把值传过去。
如果运算较简单，那么用宏来完成效率更高，因为宏的替换过程较简单，而函数需要传参和返回，工作量就要大上许多
2. 参数类型的区别
当用宏实现函数功能时，你会发现宏的参数没有类型限制，而函数则有明确的类型限制：
即宏没有类型限制 ，因此这里的宏可以完成任意类型的计算：
当传入字符时，所得到的值为两个字符的 ascll 码值之和。
所以宏的优缺点就显而易见了，没有类型限制，所以更灵活，也就不够严谨。
3. 宏可以做到函数做不到的事
比如：宏的参数可以出现类型，但函数做不到，比如这样：
经过宏替换之后：
4. 宏替换可能会产生副作用
比如：
宏替换完成后：
这样的代码是无法预测的，有歧义。
5. 其它方面
相比于函数，宏也有劣势。比如：宏无法调试等。
#include实现文件包含
以 .h 结尾的文件通常称为头文件，头文件有两种：一种是C语言给定的标准头文件（如 stdio.h)，一种是自己定义的头文件。
#include 包含头文件同样有两种形式，一种是尖括号<>，一种是双引号 " " （英文中的双引号）
如果使用 <> ，那么程序会直接去 C系统设置好的 include 文件夹中把指定的文件包含进来，
如果使用 " " ，那么程序先去当前工作文件夹中寻找指定文件，若找不到，则再去C系统设置好的 include 文件夹找。
所以 <> 常用来包含C语言给定的标准头文件，而 " " 常用来包含自己定义的头文件。
当然，双引号也可以用来包含C语言给定的标准头文件，但是效率较低。
工作原理
在预处理阶段，将被包含的头文件内容插入到 #include 所在的位置，例如：
test.h 的内容如下：
那么经过预处理以后：
如果包含的是库文件，那么把相应的库文件也替换按上述方式替换进来。
可能有人会问为什么我不在 test.h 中将函数完整地定义出来，那是因为：
头文件通常只声明函数，而函数的定义是在其它源文件中完成的。
理解了工作原理，那么相信你也能理解这样一个问题：
如果头文件被重复包含，那么经过预处理后生成的 .i 文件代码量会大大增加，效率就会大打折扣，而且可能存在宏名冲突的问题，比如：
而 test.h 的内容如下：
在这里 stdio.h 这个头文件就被包含了两次。
如何避免这种情况呢？
在头文件首行加入 #pragma once 可以避免该头文件被重复引用，例如现在将 test.h 的内容改为如下：
那么 test.h 这个头文件至多只能被包含一次，同时注意到 stdio.h 这个头文件被包含了两次，所以应在 test.c 中删去 #include
条件编译指令
条件编译指令主要有#if，#elif，#else， #endif 等，其基本格式为：
#if 表达式
语句段1
#elif 表达式
语句段2
#else
语句段3
#endif
下面直接来看例子：
#if 后面的表达式为真， 语句段1被执行，语句段2不被执行，与 if-else 相似，类比推理即可，它与if-else不同的地方在于：
条件编译中：
不被执行的语句段在预处理阶段就被删去，只留下要被执行的语句段。
前面要加#。
else if 更改为 #elif。
程序段中有多条语句时，不必使用大括号{}。
末尾必须跟 #endif ，这样才知道要被处理的程序段是那一段。
下面介绍 #ifdef ，#ifndef，#undef。
#ifdef 使用的基本格式如下
#ifdef 表达式
语句段
#endif
如果表达式被定义，则语句段执行，如果未定义，则不执行，预处理阶段删去，例如：
注意，只要表达式被定义了，那么语句段执行，不在乎表达式的值为真为假，结尾也要跟 #endif。
#ifndef 使用的基本格式如下
#ifndef 表达式
语句段
#endif
如果表达式未被定义，则语句段执行，如果已经定义，则不执行，预处理阶段删去，与 #ifdef 正好相反
#undef 的用法如下
对于前面定义的宏，如果使用 #undef 宏 那么这条语句后的宏就解除了定义，不能再使用。
到这里，本文就完结了，你学会了吗？