018+limou+C语言预处理

0.前言

您好，这里是limou3434的一篇博客，感兴趣您可以看看我的其他博文系列。本次我主要给您带来了C语言有关预处理的知识。

1.宏的深度理解与使用

1.1.数值宏常量

#define PI 3.1415926

注意define和#之间是可以留有空格的

1.2.字符宏常量

#include 
//注意下面这个字符串要加上反斜杠得转移，整体也要加上双引号，也可以带上续行符
#define PATH "C:\\users\\\
limou_file"
int main()
{
	printf("%s", PATH);//成功打印
}

1.3.使用宏充当注释

//gcc会好演示一些
#include 
//下面这个语句是没有办法充当注释使用的，因为“先去注释仔宏替换”
#define ANNOTATION //这里得注释被去掉了
int main()
{
  	ANNOTATION printf("abcd\n");//那么这里就是没有内容（空）的宏，所以前面就用空来替代了
	return 0;
}

包含但不仅限于这四个（为什么不直接转为二进制呢？为了站在巨人的肩膀上，因为直接转化成二进制的成本太大，先转化为已有的汇编代码，再由汇编代码转为二进制，则转化成本更小）
1.预处理：头文件展开、去注释、宏替换、条件编译（先“去注释”、“再宏替换”）
2.编译：C语言翻译为汇编语言
3.汇编：将汇编语言转化为可重定向目标文件（可被链接）
4.链接：自身程序+库文件进行关联（静态链接、动态链接），形成可执行程序

1.4.宏定义表达式

• 宏定义表达式在使用的时候尽量加上括号就行，但是还是有些东西需要我们去注意

#include 
#define INT_VAL(a, b) \
  	a = 0;\
    b = 0; //尽管可以这么写，但是由于分号的存在容易出错
int main()
{
	int x = 10;
  	int y = 20;
  	INT_VAL(x, y);
  	printf("%d %d", x, y);
  	if(1)
		INIT_VAL(x, y);
  	else
    	printf("nihao\n");
  	return 0;
}
//那么如果在宏里面加上花括号呢？也同样不行，如果这么做，有的人写的if else语句比较规范，喜欢加上花括号。这个时候照样出错（花括号后面有分号了，这是if else语句中不被允许的写法），那么有没有什么方法可以在宏里面写入大量的代码块呢？

• 大块代码的宏编写可以使用do while循环，这种结构也叫“do-while-zero结构”，这是一种大量使用的编码技巧

#define DEF do{/*某些代码*/}while(0)
int main()
{
  	//带花括号
	if(1)
    {
		DEF;
    }
  	else
    {
    	;
    }
  
  	//不带花括号
  	if(1)
      	DEF;
  	else
      	;
}
//这样会先执行循环的判定条件，就完美解决了“带花括号”或“不带花括号”时，带上分号出错的两种情况

• 宏调用时，宏和“()”之间可以使用空格

1.5.取消宏定义#undef（或叫“限定宏的有效范围”）

• 在源文件的任何地方宏都可以被定义，宏的作用域从定义开始往后都是有效的。（在宏定义的后方所有代码文本只要有宏的存在都可以被替换，但是写在前面的代码文本哪怕有也不会被替换）

void function(void)
{
	printf("%d", NUM);
}
int main()
{
  	function();
	#define NUM 100
    printf("%d", NUM);
	return 0;
}

• #undef是为了辅助宏的使用范围，不过在使用的时候也有一些需要注意的地方（其实只需要一条一条宏语句看下去，逐一执行宏替换就行，这样理解宏就不会出问题）

注意一

int main()
{
#define X 3
#define Y X*2 //注意这里的X不会先被前一句语句替换
#undef X
#define X 2
    int z = Y;
  	printf("%d", z);
  	return 0;
}
//结果为4，对于“int z = Y”这条语句来说，可见的只有“#define Y X*2”和“#define X 2”两条语句

注意二

#define M 10
int main()
{
  	printf("%d\n", M);//这里在函数调用之前就被替换了
}
int main()
{
#undef M
  	show();//可以正常打印10
}

• 宏尽量不在代码块中使用#define和#undef，尽管这是合法的，但是会让人误解这个宏有局部的作用域
• 尽量使用不同的函数而不使用宏定义表达式，出现问题比较难以调试

2.条件编译的基本使用与理解

条件编译做的是代码裁剪的工作，例如：著名的Linux的内核在功能上也是使用条件编译来进行功能裁剪，来满足不同平台的软件

2.1.条件编译有多种写法

2.1.1.写法一（判断宏是否被定义，在源代码出场率较低）

#ifdef 宏标识符//一般很少写多分支
  	//code1
#elif 宏标识符
  	//code2
#else
  	//code3
#endif

2.1.2.写法二（判断宏是否没被定义，在源代码出场率较低）

#ifndef 宏标识符//一般很少写多分支
  	//code1
#elif 宏标识符
  	//code2
#else
  	//code2
#endif

2.1.3.写法三（判断宏是真还是假，在源代码出场率还可以）

#if 常量表达式（如果宏没被定义，默认为假。如果是空宏，则会报错）
  	//code1
#elif 常量表达式
  	//code2
#else
  	//code3
#endif

2.1.4.写法四（使用#if实现#ifdef和#ifndef）

从以下的代码可以看到#if可以实现的功能很多，完全可以替代很多的条件编译指令

//1.检测宏是否被定义#ifdef
#if define(宏名)
	//某些code
#else
  	//某些code
#endif
  
//2.测宏是否没被定义#ifndef
#if !define(宏名)
  	//某些code
#else
  	//某些code
#endif
  
//3.检测两个以上的宏是否都被定义
#if (define(宏1) && define(宏2))//最外层的括号最好加上，更加严谨
  	//code1
#else
  	//code2
#endif
  
//4.检测两个以上的宏中的其中一个是否没被定义 
#if !(define(宏1) && define(宏2))//最外层的括号最好加上，更加严谨
  	//code1 
#else 
  	//code2 
#endif
  
//5.检测两个以上的宏的其中一个是否被定义 
#if (define(宏1) || define(宏2))//最外层的括号最好加上，更加严谨 
  	//code1 
#else 
  	//code2 
#endif

2.1.5.写法五（条件编译的嵌套）

//条件编译是允许多层嵌套的
#if define(宏名)
  	#if define(宏名)
  		//code1
  	#endif
#else
  	//code2
#endif

2.2.“宏是/否被定义”和“宏为真/假”

• 这两种是不一样的：宏定义不管真假，宏真假必定是有被定义的。
• 不过注意#define 某标识符这种写法也算是定义了宏，即使后面没有任何值，这种的宏可以叫作“空宏”

2.3.条件编译的意义

快速实现版本维护、方便代码在不同平台移植

2.4.在命令行中定义宏（但是这样的应用场景不多）

• 比如linux下的命令

gcc .c文件 -D 宏名=宏值

• 在VS2022中，可以到“选中项目->属性->配置属性->C/C+±>预处理器（相当于Linux下的命令）->预处理定义->将里面追加“;宏名=宏值”。这样不在源文件中定义宏也可以正常使用宏。（请注意，在C语言中C、CPP等名称会有些敏感，可能会出现一些不可预知的错误，请尽量不出现这样的宏名）

2.5.文件包含的本质

2.5.1.避免重复包含头文件的方法

为了避免头文件被重复包含，有两种方式：一是使用“#pragma once”，而是使用“条件编译”

#ifndef _TEST_H_ //根据自己的头文件名字命名
#define _TEST_H_ //根据自己的头文件名字命名
	//然后放入一些头文件的内容
#endif

2.5.2.头文件展开的本质

那么什么是头文件展开呢？可以简单理解为将头文件内容“拷贝”到目标源文件，但是这种“拷贝”是经过一定处理的

3.“#”和“##”符号

首先需要做一些铺垫，在C语言里多个字符串会自动连接，即：“abcd"和"efgh"这两串字符串如果相邻，就会连接在一起成为"abcdefgh”，C语言将两者视为一串字符串

3.1.“#”符号

本质是将对应的字面值转化为字符串（这一替换过程在Linux下gcc的预处理中会更加清晰）

int main()
{
#define STR(X) #X
	printf("PI:"STR(3.1415926)"\n");//这里被替换程“#3.1415926”，然后C语言将这样带有#的内容视为字符串

	return 0;
}//直接打印“PI:3.1415926”

而这一特性还可以利用起来：写成转化字面值为字符串的宏定义，而非直接写算法做处理

#define TOSTRING(S) #S
int main()
{
	char str[64] = TOSTRING(1000000);//但是注意，这个括号有什么就转化什么，放入变量的话只会打印变量的名字（实际上这个时候变量也还没开辟空降）
	printf("%s", str);
	return 0;
}

3.2.“##”符号

将宏参组合形成一个全新的符号（不是字符串，要区分开来）

#define NUMBER(n) number##n 
int main()
{
	int NUMBER(1) = 100; 
	int NUMBER(2) = 1000;
	int NUMBER(3) = 10000;
	printf("%d\n", NUMBER(1));
	printf("%d\n", NUMBER(2));
	printf("%d\n", NUMBER(3));
	return 0;
}

4.常见的预处理符号

除了#define、#include、#ifdef等，还有一些比较常用的，但是有的部分我只是列出没做解释，您可以试着查询一下。

4.1.#pragma

用于给编译器传递指令或控制编译器的行为

4.1.1.#pragma message():编译时的消息提醒

和#error最大的区别是：代码会通过，只是做一个提醒

4.1.2.#pragma once:防止头文件被包含

4.1.3.#pragma code_seg

4.1.4.#pragma hdrstop

4.1.5.#pragma warning

比如：#pragma warning(disable:4996)

4.1.6.#pragma comment

4.1.7.#pragma pack()

4.2.#error

用于输出错误信息并停止编译，其最核心的作用就是可以自定义编译错误

4.3.#line

用于定制代码行号和文件名称
预定义符号“FILE”在预处理期间做处理，打印文件名
预定义符号“LINE”在预处理期间做处理，打印当前行号

4.4.#warning

用于输出警告信息

4.5.#include_next

用于引用下一个同名的头文件，主要是用于避免头文件重复包含的问题