【C语言】预处理

代码在我们写完之后，是怎么样变成可执行文件的呢？

1.预备知识：

代码从.c文件到运行起来需要两个环境：翻译环境与运行环境

他们又可以细分为另外一些部分，而我们本篇主要讲解的就是预处理环节

2. 预处理详解

2.1 预定义符号

__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

这些预定义符号都是语言内置的。
举个栗子：

#include

int main()
{
	printf("行数是：%d\n", __LINE__);
	printf("日期是：%s\n", __DATE__);
	printf("文件是：%s\n", __FILE__);

	return 0;
}

而VS编译器并不遵守ANSI C，故无法使用__STDC__ 。

2.2 #define

2.2.1 #define定义标识符

语法：#define name stuff

举个例子:

#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

int main()
{
	printf("%d\n", MAX);
	do_forever;

	return 0;
}

此程序打印完1000后就会陷入死循环。

在这里教大家一个可以强制关闭程序的方法：

1.打开任务管理器

2.点击性能

3.点击资源管理器 在资源管理器就可以结束掉卡掉的程序

2.2.2 #define 定义宏

#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：

1.参数列表的左括号必须与name紧邻。
2.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。

看到这小伙伴们可能还不理解宏是什么，可以干啥
俗话说得好:

光说不练，假把式

此时我们打算实现一个能平方的宏
代码演示：

#define SQUAR(num) num*num

int main()
{
	int a = SQUAR(5);
	printf("%d\n", a);
	
	return 0;
}

他的执行过程是：
将5传给SQUAR(num) 中的num，然后num传给num*num，再将整个表达式替换掉
预处理后它的形式为

int main()
{
	int a = 5*5;
	printf("%d\n", a);
	
	return 0;
}

但是这个代码存在隐含的bug
例如：
当我们将SQUAR(5);中的5改为4+1

int main()
{
	int a = SQUAR(4 + 1);
	printf("%d\n", a);
	
	return 0;
}

结果就不是我们想得到的25.

原因是：int a =4 + 1 * 4 + 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。

结论：

所以用于对数值表达式进行求值的宏定义都应该在内部表达式与宏定义表达式加上括号，避免在使用宏时由于参数中的操作符或邻近操作符之间不可预料的相互作用。

2.2.3 #define 替换规则

在程序中扩展#define定义符号和宏时，需要涉及几个步骤。

1. 在调用宏时，首先对参数进行检查，看看是否包含任何由#define定义的符号。如果是，它们首先
   被替换。
2. 替换文本随后被插入到程序中原来文本的位置。对于宏，参数名被他们的值所替换。
3. 最后，再次对结果文件进行扫描，看看它是否包含任何由#define定义的符号。如果是，就重复上述处理过程。

注意：

1. 宏参数和#define 定义中可以出现其他#define定义的符号。但是对于宏，不能出现递归。
2. 当预处理器搜索#define定义的符号的时候，字符串常量的内容并不被搜索。

2.2.4 #和##

此#非彼#

相信除了在include与define时见过#号，别的地方几乎涉猎不到，不要怕，我们来看一看如何使用
在这之前我们需要先了解一个知识点

字符串是有自动连接的特点的。

例如：

int main()
{
	char* p = "abc""def\n";
	printf("abc""def\n");
	printf("%s", p);
	return 1;
}

那么我们就可以利用这样的特性。

假如我们需要实现一种语句
例如：

int main()
{
	int a = 10;
	printf("the value of a is %d\n", a);

	int b = 20;
	printf("the value of b is %d\n", b);

	float f = 4.5f;
	printf("the value of f is %f\n", f);
	return 0;
}

我们发现这段代码实现起来有一些重复的动作，但是无法利用函数，因为函数只有传值与传址，
这时候就可以利用宏来操作，因为宏只完成单纯的替换，不会在乎传的是什么东西

#的作用：

#可以 把一个宏参数变成对应的字符串。

#define PRINT(format,n)  printf("the value ""of "#n" is "format"\n" ,n)
//如果直接"n"，就不会被识别，因为上文提到宏不会识别常量字符串
//这时就可以使用#n
int main()
{
	int a = 10;
	PRINT("%d", a);
	//printf("the value of a is %d\n", a);

	int b = 20;
	PRINT("%d", b);

	//printf("the value of b is %d\n", b);

	float f = 4.5f;
	PRINT("%f", f);

	//printf("the value of f is %f\n", f);
	return 0;
}

##的作用：

##可以把位于它两边的符号合成一个符号。
它允许宏定义从分离的文本片段创建标识符。

#define ADD_TO_SUM(num, value) \
sum##num += value;
...
ADD_TO_SUM(5, 10);//作用是：给sum5增加10.

2.2.5 带副作用的宏参数

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

2.2.6 宏和函数对比

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：

1. 用于调用函数和从函数返回的代码可能比实际执行这个小型计算工作所需要的时间更多。
   所以宏比函数在程序的规模和速度方面更胜一筹。
2. 更为重要的是函数的参数必须声明为特定的类型。
   所以函数只能在类型合适的表达式上使用。反之这个宏怎可以适用于整形、长整型、浮点型等可以
   用于>来比较的类型。
   宏是类型无关的。

宏的缺点：当然和函数相比宏也有劣势的地方：

1. 每次使用宏的时候，一份宏定义的代码将插入到程序中。除非宏比较短，否则可能大幅度增加程序
   的长度。
2. 宏是没法调试的
3. 宏由于类型无关，也就不够严谨。
4. 宏可能会带来运算符优先级的问题，导致程容易出现错。

宏有时候可以做函数做不到的事情。比如：宏的参数可以出现类型，但是函数做不到。

#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));

2.2.7 命名约定

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

2.3 #undef

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。

2.4 条件编译

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

2.5 文件包含

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。

2.5.1 头文件被包含的方式：

• 本地文件包含

#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
//这是VS2013的默认路径

注意按照自己的安装路径去找。

• 库文件包含

#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。

2.5.2 嵌套文件包含

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

就可以避免头文件的重复引入。

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