C语言学习记录（十五）C预处理器和C库

一、C预处理器

C预处理器在程序执行之前查看程序（故称为预处理器）。根据程序中的预处理指令，预处理把符号缩写替换成其他的内容。

1.1 翻译程序

在预处理之前，编译器必须对该程序进行一些翻译处理。首先，编译器把源代码中出现的字符映射到源字符集。该处理过程处理多字节和三字符序列。

第二，编译器定位每个反斜杠后面跟着换行符的实例，并删除它们。

第三，编译器把文本划分成预处理记号序列、空白序列和注释序列（记号是由空格、制表符或换行符分隔的项）。编译器将用一个空格字符替换每一条注释。

1.2 明示常量：#define

#define预处理指令和其他预处理指令一样，以#号作为一行的开始。ANSI和后来的标准都允许#号前面有空格或制表符，而且还允许在#和指令的其余部分之间有空格。但是旧版本的C要求指令从一行的最左边开始，而且#和指令其余部分不能有空格。指令可以出现在源文件的任何地方。其定义从指令出现的地方到该文件的末尾有效。我们大量使用#define指令来定义明示常量（也叫符号常量）。但是该指令还有其他用途。下面举例说明。

#include 

#define TWO 2   /* 可以使用注释 */
#define OW "Consistency is the last refuge of the unimagina\
tive. - Oscar Wilde" // 反斜杠把该定义延续到下一行

#define FOUR TWO*TWO
#define PX printf("X is %d.\n", x)
#define FMT "X is %d.\n"

int main() {

    int x = TWO;

    PX;
    x = FOUR;
    printf(FMT, x);
    printf("%s\n", OW);
    printf("TWO: OW\n");

    return 0;
}

每行的#define（逻辑行）都有3部分组成。

1、第一部分是#define指令本身。
2、第二部分是选定的缩写，也称为宏。有些宏代表值（本例），这些宏被称为类对象宏。C语言还有类函数宏宏的名称中不允许有空格，而且必须遵循C变量的命名规则。
3、第三部分称为替换列表或替换体。一旦预处理器在程序中找到宏的实例后，就会用替换体代替该宏。从宏变成最终替换文本的过程称为宏展开。注意，可以在#define行使用标准C注释，每条注释都会被一个空格代替。

宏可以表示明示常量，也可以表示任何字符串，甚至可以表示整个C表达式。但是要注意，虽然PX是一个字符串常量，它只打印一个名为x的变量。

由于编译器在编译期对所有的常量表达式（只包含常量的表达式）求值，所以预处理不会进行实际的乘法运算，这一过程在编译时进行。预处理不做计算，不对表达式求值，它只进行替换。

1.3 在#define中使用参数

在#define中使用参数可以创建 外形和作用与函数类似的类函数宏。带有参数的宏看上去很像函数，因为这样的宏也使用圆括号。类函数宏定义的圆括号中可以有一个或多个参数，随后这些参数出现在替换体中。

1.4 文件包含：#include

当预处理器发现#include指令时，会查看后面的文件名并把文件的内容包含到当前文件中，即替换源文件中的#include指令。这相当于把被包含文件的全部内容输入到源文件#include指令所在的位置。

#include指令有两种形式：

#include // 文件名在尖括号中
#include "hot.h"  // 文件名在双引号中

尖括号告诉预处理器在标准系统目录中查找文件。双引号告诉编译器首先在当前目录中(或文件名指定的目录)查找文件，如果未找到再查找标准系统目录。

C语言习惯使用.h后缀表示头文件，这些文件包含需要放在程序顶部的信息。头文件经常包含一些预处理指令。有些头文件（如stdio.h）由系统提供，当然你也可以创建自己的头文件。

1.5 其他指令

程序员可能要为不同的工作环境准备C程序和C库包。不同的环境可能使用不同的代码类型。预处理器提供一些指令，程序员通过修改#define的值即可生成可移植的代码。#undef指令取消之前的#define定义。#if、#ifndef、#else、#elif和#endif指令用于指定什么情况下编写那些代码。#line指令用于重置行和文件信息，#error指令用于给出错误信息，#pragma指令用于向编译器发出指令。

1.5.1 #undef指令

#undef指令用于“取消”已定义的#define指令。

#define ITEM 400

#undef ITEM

将移除上面的定义。现在就可以把ITEM重新定义为一个新值。即使原来没有定义ITEM。取消ITEM的定义仍然有效。

1.5.2 从C预处理角度看已定义

处理器在识别标识符时，遵循与C变量命名相同的规则。当预处理器在预处理器中发现一个标识符时，它会把该标识符当作已定义或未定义的。这里的已定义表示由预处理器定义。如果标识符是同一个文件中由前面的#define指令创建的宏名，而且没有用#undef指令关闭，那么该标识符是已定义的。如果标识符不是宏，假设是一个文件作用域的C变量，那么该标识符对预处理器而言就是未定义的。

已定义的宏可以是对象宏，包括空宏或类函数宏：

#define LIMIT 1000 //LIMIT是已定义的
#define GOOD	// GOOD是已定义的
#define A(X) ((-(X))*(X)) //A是已定义的
int q;	// q不是宏，因此是未定义的
#undef GOOD	// GOOD取消定义，是未定义的 

注意，#define宏的作用域从它在文件中的声明位置开始，直到#undef指令取消宏为止，或延伸至文件尾（以二者中先满足的条件作为宏作用域的结束）。另外还要注意，如果宏通过头文件引入，那么#define在文件中的位置取决于#include指令的位置。

1.5.3 条件编译

可以使用其他指令创建条件编译。也就是说，可以使用这些指令告诉编译器根据时的条件执行或忽略信息块

1.5.3.1 #ifdef、#else和#endif指令

#ifdef指令说明，如果预处理器已定义了后面的标识符，则执行#else或#endif指令之前的所有指令并编译所有C代码（先出现哪个指令就执行到哪里）。如果预处理器未定义，且有#else指令。则执行#else和#endif之间的所有代码。

#ifdef TITLE // 如果已经用#define定义了TITLE，则执行下面的代码
	#include "time.h"
	#define START 3
#else	// 如果没有用#define定义TITLE，则执行下面的指令
	#include "cow.h"
	#define START 5
#endif

1.5.3.2 #ifndef

#ifndef指令与#ifdef指令的用法类似，也可以和#else、#endif一起使用，但是它们的逻辑相反。#ifndef指令判断后面的标识符是否是未定义的，常用于定义之前未定义的常量。

#ifndef SIZE
	#define SIZE 30
#endif

#ifndef _STDIO_H
#define _STDIO-H


# endif

1.5.3.3 #if和elif指令

if指令很像C语言中的if。#if后面跟整型常量表达式，如果表达式未非零，则表达式为真，可以在指令中使用C的关系运算符和逻辑运算符。

#if SYS == 1
#include "TIME.h"
#endif

#if defind (IBMPC)
	#include "TIME.h"
#elif defind (VAC)
	#include "VAX.h"
#endif

二、C库

2.1 数学库

数学库中包含许多有用的数学函数，math.h头文件提供这些函数的原型。在math.h中的函数，注意，函数中涉及的角度都以弧度为单位（1弧度 = 180/Π = 57.296度）

2.2 断言库

assert.h头文件支持的断言库是一个用于辅助调试程序的小型库。它由assert()宏组成，接收一个整型表达式作为参数，如果表达式的值为假，assert()宏就在标准错误流(stderr)中写入一条错误信息，并调用abort()函数终止程序(abort()函数的原型在stdlib.h头文件中)。assert()宏是为了标识出程序中某些条件为真的关键位置，如果其中一个具体条件为假，就用assert()语句终止程序。通常assert()的参数是一个条件表达式或逻辑表达式。如果assert()中止了程序，它首先会显示失败的测试，包含测试的文件名和行号。

#include 
#include "stdlib.h"
#include "math.h"
#include "assert.h"

int main() {

    int x, y, z;
    puts("please enter a number:\n");
    scanf("%d %d", &x, &y);

    if(y == 0){

        assert(y == 0);
        puts("error");
    }
    
    return 0;
}