C/C++ #define与编译器的预处理

预处理

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。该过程处理多字节字符和三字符序
列——字符扩展让C更加国际化。

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。也
就是说，把下面两个物理行（physical line）：

printf("That's wond\
erful!\n");

转换成一个逻辑行（logical line）：

printf("That's wonderful\n!");

注意，在这种场景中，“换行符”的意思是通过按下Enter键在源代码文件
中换行所生成的字符，而不是指符号表征\n。

由于预处理表达式的长度必须是一个逻辑行，所以这一步为预处理器做
好了准备工作。一个逻辑行可以是多个物理行。

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）。
这里要注意的是，编译器将用一个空格字符替换每一条注释。因此，下面的代码：

int/* 这看起来并不像一个空格*/fox;

将变成：

int fox;

而且，实现可以用一个空格替换所有的空白字符序列（不包括换行符）。最后，程序已经准备好进入预处理阶段，预处理器查找一行中以#号开始的预处理指令。

#define

新版本特性

#define预处理器指令和其他预处理器指令一样，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。

旧版本特性

但是旧版本的C要求指令从一行最左边开始，而且#和指令其余部分之间不能有空格。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末尾有效。

#define除了定义明示常量的其他用途

我们大量使用#define指令来定义明示常量（manifest constant）（也叫做符号常量），但是该指令还有许多其他用途。

以下程序演示了#define指令的一些用法和属性。
预处理器指令从#开始运行，到后面的第1个换行符为止。也就是说，指令的长度仅限于一行。然而，前面提到过，在预处理开始前，编译器会把多行物理行处理为一行逻辑行。

/* preproc.c -- 简单的预处理示例 */
#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(void)
{
	int x = TWO;
	PX;
	x = FOUR;
	printf(FMT, x);
	printf("%s\n", OW);
	printf("TWO: OW\n");
	return 0;
}

输出：

运行该程序示例后，输出如下:
X is 2.
X is 4.
Consistency is the last refuge of the unimaginative.- Oscar Wilde
TWO: OW
下面分析具体的过程。下面的语句：
int x = TWO;
变成了：
int x = 2;
2代替了TWO。而语句：
PX;
变成了：
printf("X is %d.\n", x);

这里同样进行了替换。这是一个新用法，到目前为止我们只是用宏来表
示明示常量。从该例中可以看出，宏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。

下一行也是一个新用法。读者可能认为FOUR被替换成4，但是实际的
过程是：

x = FOUR;

变成了：

x = TWO*TWO;

即是：

x = 2*2;

宏展开到此处为止。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，所以预处理器不会进行实际的乘法运算，这一过程在
编译时进行。预处理器不做计算，不对表达式求值，它只进行替换。

#define的组成

每行#define（逻辑行）都由3部分组成。

#define本身：预处理指令

第1部分是#define指令本身。

宏

第2部分是选定的缩写，也称为宏。有些宏代表值（如本例），这些宏被称为
类对象宏（object-like macro）。C 语言还有类函数宏（function-like
macro），稍后讨论。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：只能使用字符、数字和下划线（_）字符，而且首字符不能是数
字。

替换列表或替换体

第3部分（指令行的其余部分）称为替换列表或替换体（见图）。

宏展开

一旦预处理器在程序中找到宏的示实例后，就会用替换体代替该宏（也有例外，稍后解释）。从宏变成最终替换文本的过程称为宏展开（macro expansion）。

注意，可以在#define行使用标准C注释。如前所述，每条注释都会被一个空格代替。

参考资料

《C Primer Plus》