1. AI技术聚合首页
  2. IT

C语言从入门到实战——预处理详解

xiaoxingxing • • IT • 阅读 31

目录

前言

在深入学习C语言编程的过程中，我们会遇到一个非常关键的概念——预处理。预处理是C语言编译过程中的一个阶段，它在整个编译过程的最开始进行，主要目的是对源代码进行一系列的处理，以生成更适合编译器处理的代码。了解预处理的原理和作用，对于我们编写高质量的C程序具有重要意义。

 预处理主要在编译过程的第一个阶段进行，即在编译器开始解析源代码之前。在这个阶段，预处理器会对源代码中的预处理指令进行处理，这些指令通常以“#”符号开头，如#include、#define等。预处理指令不同于C语言的可执行语句，它们不会被编译成机器代码，而是在编译过程中被替换或处理。

预处理的工作原理主要包括以下几个方面： 

  • 宏定义替换：预处理器会查找源代码中的宏定义（#define指令），将宏名替换为相应的值。这对于提高代码的可读性和可维护性非常有帮助，同时也可以减少输入错误。

  • 文件包含：预处理器会处理#include指令，将指定的头文件内容插入到源代码中。这样，我们可以在一个文件中引用其他文件的内容，实现代码的重用和模块化。

  • 条件编译：预处理器还可以根据条件判断是否编译某段代码。通过使用#ifdef、#ifndef、#if等指令，我们可以根据不同的条件选择编译不同的代码块，从而实现针对不同平台或环境的适配。

  • 消除注释：预处理器还会去除源代码中的注释，使得编译器在解析代码时不会受到注释的干扰。

总之，预处理是C语言编译过程中的一个重要环节，它通过对源代码进行一系列的处理，使得编译器能够更高效地解析和生成目标代码。掌握预处理的原理和技巧，对于我们编写高质量的C程序具有重要的意义。

正文开始

一. 预定义符号 

C语⾔设置了⼀些预定义符号，可以直接使⽤，预定义符号也是在预处理期间处理的。 

//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

 举个例子：

int main()
{
	printf("%s\n", __FILE__);
	printf("%d\n", __LINE__);
	printf("%s\n", __DATE__);
	printf("%s\n", __TIME__);
	printf("%d\n", __STDC_HOSTED__); //VS中STDC语法错误，但是这个却可以
	return 0;
}

二. #define 定义常量 

基本语法：

#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
#define CASE break;case //在写case语句的时候⾃动把 break写上。
// 如果定义的 stuff过⻓，可以分成⼏⾏写，除了最后⼀⾏外，每⾏的后⾯都加⼀个反斜杠(续⾏
符)。

#define DEBUG_PRINT printf("file:%s\tline:%d\t \
 date:%s\ttime:%s\n" ,\
 __FILE__,__LINE__ , \
 __DATE__,__TIME__ )

 思考：在define定义标识符的时候，要不要在最后加上 ; ?

建议不要加上 ; ,这样容易导致问题。

比如下面的场景： 

#define MAX 1000;
#define MAX 1000

if(condition)
 max = MAX;
else
 max = 0;

如果是加了分号的情况，等替换后，if和else之间就是2条语句，⽽没有⼤括号的时候，if后边只能有⼀ 条语句。这⾥会出现语法错误。

三. #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： 

参数列表的左括号必须与name紧邻，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。 

举例：

#include <stdio.h>
//1.定义一个宏来实现平方和
#define DOUB(x) x*x
int main()
{
	int a = 5;
	int ret = DOUB(a);
	printf("%d", ret);
	return 0;
}

这个宏接收⼀个参数 x .如果在上述声明之后，你把 DOUB( 5 ); 置于程序中，预处理器就会⽤ 下⾯这个表达式替换上面的表达式： 5 * 5

警告：

这个宏存在⼀个问题：

观察下⾯的代码段：

int a = 5;
printf("%d\n" ,DOUB( a + 1) );

乍⼀看，你可能觉得这段代码将打印36，事实上它将打印11，为什么呢？ 

替换文本时，参数x被替换成a + 1,所以这条语句实际上变成了： 

 printf ("%d\n",a + 1 * a + 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。 

在宏定义上加上两个括号，这个问题便轻松的解决了： 

 #define DOUB(x) (x) * (x)

 这样预处理之后就产生了预期的效果：

printf ("%d\n",(a + 1) * (a + 1) );

这里还有⼀个宏定义： 

#define DOUBLE(x) (x) + (x)

定义中我们使⽤了括号，想避免之前的问题，但是这个宏可能会出现新的错误。 

int a = 5;
printf("%d\n" ,10 * DOUBLE(a));

这将打印什么值呢？看上去，好像打印100，但事实上打印的是55.

我们发现替换之后： 

printf ("%d\n",10 * (5) + (5));

 乘法运算先于宏定义的加法，所以出现了 55

这个问题的解决办法是在宏定义表达式两边加上⼀对括号就可以了。 

#define DOUBLE( x ) ( ( x ) + ( x ) )

 提示：

所以⽤于对数值表达式进⾏求值的宏定义都应该⽤这种⽅式加上括号，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。

四. 带有副作用的宏参数

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 

五. 宏替换的规则 

 在程序中扩展#define定义符号和宏时，需要涉及几个步骤。

  •  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。
  • 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。
  • 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： 

  • 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。
  • 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。 

六. 宏函数的对比

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时，写成下面的宏，更有优势⼀些。 

#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。宏的参数是类型无关的。

 和函数相比宏的劣势：

  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))
int main()
{
	int* ptr = MALLOC(5, int);
	for (int i = 0; i < 5; i++)
	{
		ptr[i] = i + 1;
		printf("%d ", ptr[i]);
	}

	return 0;
}



//预处理器替换之后：
 (int *)malloc(10 sizeof(int));

宏和函数的⼀个对比

七. #和## 

7.1 #运算符 

#运算符将宏的⼀个参数转换为字符串字⾯量。它仅允许出现在带参数的宏的替换列表中。 

#运算符所执⾏的操作可以理解为”字符串化“。 

当我们有⼀个变量 int a = 10; 的时候，我们想打印出： the value of a is 10 . 

就可以写： 

#define PRINT(n) printf("the value of "#n " is %d", n);

当我们按照下⾯的方式调用的时候： 

PRINT(a);//当我们把a替换到宏的体内时，就出现了#a，⽽#a就是转换为”a”，是⼀个字符串 

代码就会被预处理为： 

printf("the value of ""a" " is %d", a);

运⾏代码就能在屏幕上打印： 

the value of a is 10

整体演示如下：

//此时我想要打印一个整型的数和一个浮点型的数————使用宏同时结合宏可以传递类型完成任务
#define Print(n,type) printf("the value of " #n " is " type,n);
int main()
{
	int a = 10;
	Print(a, "%d\n");


	float b = 2.5f;
	Print(b, "%.1f\n");
	return 0;
}

 

7.2 ## 运算符 

## 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。 ## 被称 为记号粘合 

这样的连接必须产⽣⼀个合法的标识符。否则其结果就是未定义的。 

这里我们想想，写⼀个函数求2个数的较⼤值的时候，不同的数据类型就得写不同的函数。 

比如： 

int int_max(int x, int y)
{
 return x>y?x:y;
}
float float_max(float x, float y)
{
 return x>yx:y;
}

 但是这样写起来太繁琐了，现在我们这样写代码试试：

#define general_max(type) \
	type type##_max(type x , type y) \
	{ \
	   return x > y ? x : y; \
	}
general_max(int)
general_max(float)

int main()
{
	int r1 = int_max(2, 3);
	printf("%d\n", r1);
	float r2 = float_max(2.3f, 2.5f);
	printf("%.1f", r2);
	return 0;
}

 

八. 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

九. #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。

十. 命令行定义

许多C 的编译器提供了⼀种能⼒，允许在命令⾏中定义符号。⽤于启动编译过程。 例如：当我们根据同⼀个源⽂件要编译出⼀个程序的不同版本的时候，这个特性有点⽤处。（假定某 个程序中声明了⼀个某个⻓度的数组，如果机器内存有限，我们需要⼀个很⼩的数组，但是另外⼀个 机器内存⼤些，我们需要⼀个数组能够⼤些。） 

#include <stdio.h>
int main()
{
 int array [ARRAY_SIZE];
 int i = 0;
 for(i = 0; i< ARRAY_SIZE; i ++)
 {
 array[i] = i;
 }
 for(i = 0; i< ARRAY_SIZE; i ++)
 {
 printf("%d " ,array[i]);
 }
 printf("\n" );
 return 0;
}
//ARRAY_SIZE是没有定义大小的

编译指令：

//linux 环境演⽰
gcc -D ARRAY_SIZE=10 programe.c

十一. 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 <stdio.h>
//#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

十二. 头文件的包含 

12.1 头文件被包含的方式： 

12.1.1 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

12.1.2 库文件包含 

#include <filename.h>

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。 

12.2 嵌套文件包含 

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。 ⼀个头⽂件被包含10次，那就实际被编译10次，如果重复包含，对编译的压⼒就比较大。 

如果直接这样写，test.c⽂件中将test.h包含5次，那么test.h⽂件的内容将会被拷⻉5份在test.c中。 

如果test.h ⽂件⽐较⼤，这样预处理后代码量会剧增。如果⼯程比较大，有公共使⽤的头⽂件，被⼤家都能使用，又不做任何的处理，那么后果真的不堪设想。 

如何解决头⽂件被重复引⼊的问题？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__

就可以避免头⽂件的重复引⼊。 

注： 

推荐《⾼质量C/C++编程指南》中附录的考试试卷（很重要）。 

笔试题： 

头⽂件中的 ifndef/define/endif是⼲什么⽤的? 
//防止头文件被重复引用


#include <filename.h> 和 #include "filename.h" 有什么区别?
//查找策略不一样

完

版权声明：本文为博主作者：向前阿、原创文章，版权归属原作者，如果侵权，请联系我们删除！

原文链接：https://blog.csdn.net/2203_75422717/article/details/137710666

共计人评分，平均分

到目前为止还没有投票！成为第一位评论此文章。

赞 (0)
xiaoxingxing的头像xiaoxingxing管理团队
0
上一篇 2024年5月6日
下一篇 2024年5月6日

相关推荐