019 C语言基础：C预处理

一：概述

前面各章中，已经多次使用过#include命令。使用库函数之前，应该用#include引入对应的头文件。这种以#号开头的命令称为预处理命令。在编译之前对源文件进行简单加工的过程，就称为预处理（即预先处理、提前处理）。

预处理主要是处理以#开头的命令，例如#include <stdio.h>等。预处理命令要放在所有函数之外，而且一般都放在源文件的前面。我们把 C 预处理器（C Preprocessor）简写为 CPP。所有的预处理器命令都是以井号（#）开头。它必须是第一个非空字符，为了增强可读性，预处理器指令应从第一列开始。

下面列出了所有重要的预处理器指令：

指令							描述
#define 定义宏
#include 包含一个源代码文件
#undef 取消已定义的宏
#ifdef 如果宏已经定义，则返回真
#ifndef 如果宏没有定义，则返回真
#if 如果给定条件为真，则编译下面代码
#else #if 的替代方案
#elif 如果前面的 #if 给定条件不为真，当前条件为真，则编译下面代码
#endif 结束一个 #if……#else 条件编译块
#error 当遇到标准错误时，输出错误消息
#pragma 使用标准化方法，向编译器发布特殊的命令到编译器中

 

二：#include命令

文件包含命令，主要用来引入对应的头文件。#include 的处理过程很简单，就是将头文件的内容插入到该命令所在的位置，从而把头文件和当前源文件连接成一个源文件，这与复制粘贴的效果相同。

#include有两种使用方式：

1. #include <stdio.h>
2. #include “myHeader.h”

使用尖括号<>和双引号""的区别在于头文件的搜索路径不同，包含标准库的头文件建议用尖括号，包含自定义的头文件建议用双引号。

说明：
一个#include命令只能包含一个头文件，多个头文件需要多个#include命令。
文件包含允许嵌套，也就是说在一个被包含的文件中又可以包含另一个文件。

 

三：C语言宏定义

宏(Macro)是预处理命令的一种，它允许用一个标识符来表示一个字符串。
先看一个例子：

#include <stdio.h>
#define N 100
int main(){
    
	int sum = 20 + N;
	printf("%d \n", sum);
	return 0;
}
运行结果：120

该示例中的语句int sum = 20 + N;，N被100代替了。

#define N 100就是宏定义，N为宏名，100是宏的内容。在预处理阶段，对程序中所有出现的“宏名”，预处理器都会用宏定义中的字符串去代换，这称为“宏替换”或“宏展开”。宏定义是由源程序中的宏定义命令#define完成的，宏替换是由预处理程序完成的。

宏定义的一般形式为：#define 宏名 字符串

程序中反复使用的表达式就可以使用宏定义，例如：#define M (n*n+3*n)

它的作用是指定标识符M来表示(yy+3y)这个表达式。在编写代码时，所有出现 (yy+3y) 的地方都可以用 M 来表示，而对源程序编译时，将先由预处理程序进行宏代替，即用 (yy+3y) 去替换所有的宏名 M，然后再进行编译。

对宏定义的几点说明：

1. 宏定义是用宏名来表示一个字符串，在宏展开时又以该字符串取代宏名，这只是一种简单粗暴的替换。字符串中可以含任何字符，它可以是常数、表达式、if 语句、函数等，预处理程序对它不作任何检查，如有错误，只能在编译已被宏展开后的源程序时发现。

2. 宏定义不是说明或语句，在行末不必加分号，如加上分号则连分号也一起替换。

3. 宏定义必须写在函数之外，其作用域为宏定义命令起到源程序结束。如要终止其作用域可使用#undef命令。例如：

    #define PI 3.14159
    int main(){
    	// Code
    	return 0;
    }
    #undef PI
    void func(){
    	// Code
    }
    表示 PI 只在 main() 函数中有效，在 func() 中无效。
   

4. 代码中的宏名如果被引号包围，那么预处理程序不对其作宏代替，例如：

    #include <stdio.h>
    #define OK 100
    int main(){
    	printf("OK\n");
    	return 0;
    }
    运行结果：
    OK
    该例中定义宏名 OK 表示 100，但在 printf 语句中 OK 被引号括起来，因此不作宏替换，而作为字符串处理。
   

5. 宏定义允许嵌套，在宏定义的字符串中可以使用已经定义的宏名，在宏展开时由预处理程序层层代换。例如：

    #define PI 3.1415926
    #define S PI*y*y    /* PI是已定义的宏名*/
    对语句：
    printf("%f", S);
    在宏代换后变为：
    printf("%f", 3.1415926*y*y);
   

6. 习惯上宏名用大写字母表示，以便于与变量区别。但也允许用小写字母。

7. 可用宏定义表示数据类型，使书写方便。例如：#define UINT unsigned int在程序中可用 UINT 作变量说明：UINT a, b;应注意用宏定义表示数据类型和用 typedef 定义数据说明符的区别。宏定义只是简单的字符串替换，由预处理器来处理；而 typedef 是在编译阶段由编译器处理的，它并不是简单的字符串替换，而给原有的数据类型起一个新的名字，将它作为一种新的数据类型。
   请看下面的例子：

    #define PIN1 int *
    typedef int *PIN2;  //也可以写作typedef int (*PIN2);
    从形式上看这两者相似， 但在实际使用中却不相同。
   

   下面用 PIN1，PIN2 说明变量时就可以看出它们的区别：PIN1 a, b;在宏代换后变成：int * a, b;
   表示 a 是指向整型的指针变量，而 b 是整型变量。然而：PIN2 a,b;表示 a、b 都是指向整型的指针变量。因为 PIN2 是一个新的、完整的数据类型。由这个例子可见，宏定义虽然也可表示数据类型， 但毕竟只是简单的字符串替换。在使用时要格外小心，以避出错。

 

四：C语言带参数宏定义

C语言允许宏带有参数。在宏定义中的参数称为“形式参数”，在宏调用中的参数称为“实际参数”，这点和函数有些类似。对带参数的宏，在展开过程中不仅要进行字符串替换，还要用实参去替换形参。

带参宏定义的一般形式为：#define 宏名(形参列表) 字符串 ，在字符串中可以含有各个形参。
带参宏调用的一般形式为：宏名(实参列表);

例如：

#define M(y) y*y+3*y // 宏定义
k = M(5);						// 宏调用

实例：输出两个数中的较大的数

#include <stdio.h>
#define MAX(a,b) (a>b) ? a : b
int main(){
    
	int x, y, max;
	printf("please input your number: ");
	scanf("%d %d", &x, &y);
	max = MAX(x, y);
	printf("max = %d \n", max);
	return 0;
}
结果：
	┌──(rootkali)-[~/Desktop/c_test]
	└─# ./hong
	please input your number: 1
	2
	max = 2 

对带参宏定义的说明：

1. 带参宏定义中，形参之间可以出现空格，但是宏名和形参列表之间不能有空格出现。例如把：#define MAX(a,b) (a>b)?a:b写为：#define MAX (a,b) (a>b)?a:b将被认为是无参宏定义，宏名 MAX 代表字符串(a,b) (a>b)?a:b。宏展开时，宏调用语句：max = MAX(x,y);将变为：max = (a,b)(a>b)?a:b(x,y);这显然是错误的。
2. 在带参宏定义中，不会为形式参数分配内存，因此不必指明数据类型。而在宏调用中，实参包含了具体的数据，要用它们去替换形参，因此实参必须要指明数据类型。
3. 在宏定义中，字符串内的形参通常要用括号括起来以避免出错。#define SQ(y) (y)*(y)

C语言带参宏定义和函数的区别：
带参数的宏和函数很相似，但有本质上的区别：宏展开仅仅是字符串的替换，不会对表达式进行计算，宏在编译之前就被处理掉了，没有机会参与编译，也不会占用内存。而函数是一段可以重复使用的代码，会被编译，会给它分配内存，每次调用函数，就是执行这块内存中的代码。

实例：

1）用函数计算平方值
#include <stdio.h>
int SQ(int y){
    
	return (y*y);
}
int main(){
    
	int x;
	int i;
	printf("input your number: ");
	scanf("%d", &x);
	i = SQ(x);
	printf("%d 的平方是: %d", x, i);
}
结果：
	┌──(rootkali)-[~/Desktop/c_test]
	└─# ./pingfanghanshu 
	input your number: 2
	2 的平方是: 4   

   
2）用宏计算平方值
	#include <stdio.h>
	#define SQ(y) (y*y)
	int main(){
    
		int x;
		printf("input your number: ");
		scanf("%d", &x);
		int i;
		i = SQ(x);
		printf("%d 的平方是: %d", x, i);
	}
	结果：
		┌──(rootkali)-[~/Desktop/c_test]
		└─# ./pingfanghong  
		input your number: 3
		3 的平方是: 9   

C语言条件编译：
能够根据不同情况编译不同代码、产生不同目标文件的机制，称为条件编译。条件编译是预处理程序的功能，不是编译器的功能。

假如现在要开发一个C语言程序，让它输出红色的文字，并且要求跨平台，在 Windows 和 Linux 下都能运行，怎么办呢？

这个程序的难点在于，不同平台下控制文字颜色的代码不一样，我们必须要能够识别出不同的平台。Windows 有专有的宏_WIN32，Linux 有专有的宏__linux__，以现有的知识，我们很容易就想到了 if else

实例：

#include <stdio.h>
int main(){
    
	if(_WIN32){
    
		system("color 0c");
		printf("www.qq.com \n");
	}else if (__linux__)
	{
    
		printf("\033[22;31mwww.qq.com \n\033[22;30m");
	}else{
    
		printf("www.qq.com \n");
	}
	return 0;
}
但这段代码是错误的，在windows下报错error: '__linux__' undeclared，在Linux下报错error: ‘_WIN32’ undeclared 
所以需要进行改进：
#include <stdio.h>
int main(){
    
	#if _WIN32
		system("color 0c");
		printf("www.qq.com \n");
	#elif __linux__
		printf("\033[22;31mwww.qq.com \n\033[22;30m");
	#else
		printf("www.qq.com \n");
	#endif
	return 0;
}
结果：
	┌──(rootkali)-[~/Desktop/c_test]
	└─# ./tiaojianbianyi2 
	www.qq.com 									// 红色字体

#if 命令
	#if 命令的完整格式为：
	#if 整型常量表达式1
		程序段1
	#elif 整型常量表达式2
		程序段2
	#elif 整型常量表达式3
		程序段3
	#else
		程序段4
	#endif
#ifdef 命令
	#ifdef 宏名
		程序段1
	#else
		程序段2
	#endif
	它的意思是，如果当前的宏已被定义过，则对“程序段1”进行编译，否则对“程序段2”进行编译。
#ifndef 命令
	#ifndef 宏名
		程序段1 
	#else 
		程序段2 
	#endif
	与 #ifdef 相比，仅仅是将 #ifdef 改为了 #ifndef。它的意思是，如果当前的宏未被定义，则对“程序段1”进行编译，否则对“程序段2”进行编译，这与 #ifdef 的功能正好相反。