第十一章-预处理指令

• 预处理指令分为3种;
  • 宏定义
  • 条件编译
  • 文件包含
• 预处理指令:把代码翻译成0/1之前的指令
• 所有的预处理指令都是以#开头,结尾不用分号
• 预处理的位置是随便写的
• 预处理指令的作用域：从编写指令的那一行开始，一直到文件结尾，可以用#undef取消宏定义的作用
• 宏名一般用大写或者以k开头，变量名一般用小写
• C语言在对源程序进行编译之前，会先对一些特殊的预处理指令作解释(比如之前使用的#include文件包含指令)，产生一个新的源程序(这个过程称为编译预处理),之后再进行通常的编译

宏定义

不带参数的宏定义

• 作用:在代码翻译成0/1之前,会把代码中所有的宏替换成对应的值,这个过程也叫预编译/预处理
• 在编译预处理用字符串替换宏名时，不作语法检查，只是简单的字符串替换。只有在编译的时候才对已经展开宏名的源程序进行语法检查
• 宏名的有效范围是从定义位置到文件结束。如果需要终止宏定义的作用域，可以用#undef命令
• 对程序中用双引号扩起来的字符串内的字符，不进行宏的替换操作
• 宏名一般用大写字母，以便与变量名区别开来，但用小写也没有语法错误
• 定义一个宏时可以引用已经定义的宏名

//定义一个宏时可以引用已经定义的宏名
#define R  3.0
#define PI 3.14
#define L  2*PI*R
#define S  PI*R*R

#define COUNT 4
    int ages[COUNT] = {1, 2, 67, 89};
    for ( int i = 0; i<COUNT; i++) {
        printf("%d\n", ages[i]);
    } 
    // 从这行开始，COUNT这个宏就失效
#undef COUNT
    

带参数的宏

• define 宏名(参数列表) 字符串
• 在编译预处理时，将源程序中所有宏名替换成字符串，并且将 字符串中的参数 用 宏名右边参数列表 中的参数替换

 1 #include <stdio.h>
 2 
 3 #define average(a, b) (a+b)/2
 4 
 5 int main ()
 6 {
 7     int a = average(10, 4);
 8     
 9     printf("平均值：%d", a);
10     return 0;
11 }
 第3行中定义了一个带有2个参数的宏average，第7行其实会被替换成：int a = (10 + 4)/2;
 

使用注意

• 宏名和参数列表之间不能有空格，否则空格后面的所有字符串都作为替换的字符串

    1 #define average (a, b) (a+b)/2
  2 
  3 int main ()
  4 {
  5     int a = average(10, 4);
  6     return 0;
  7 }
  注意第1行的宏定义，宏名average跟(a, b)之间是有空格的，于是，第5行就变成了这样：
  int a = (a, b) (a+b)/2(10, 4);
  

• 带参数的宏在展开时，只作简单的字符和参数的替换，不进行任何计算操作。所以在定义宏时，一般用一个小括号括住字符串的参数。

1 #include <stdio.h>
 2 
 3 #define D(a) 2*a
 4 
 5 int main ()
 6 {
 7     int b = D(3+4);
 8     
 9     printf("%d", b);
10     return 0;
11 }

第7行将被替换成int b = 2*3+4;
如果定义宏的时候用小括号括住参数，把上面的第3行改成：`#define D(a) 2*(a)`

第7行将被替换成int b = 2*(3+4);

• 计算结果最好也用括号括起来

1 #include <stdio.h>
 2 
 3 #define Pow(a) (a) * (a)
 4 
 5 int main(int argc, const char * argv[]) {
 6     int b = Pow(10) / Pow(2);
 7     
 8     printf("%d", b);
 9     return 0;
10 }
第6行代码被替换为：
int b = (10) * (10) / (2) * (2);
将上面的第3行代码改为:#define Pow(a) ( (a) * (a) )
那么第6行被替换为：
int b = ( (10) * (10) ) / ( (2) * (2) );

与函数的区别

• 宏定义不涉及存储空间的分配、参数类型匹配、参数传递、返回值问题

• 函数调用在程序运行时执行，而宏替换只在编译预处理阶段进行。所以带参数的宏比函数具有更高的执行效率

条件编译

• 概念: 在很多情况下，我们希望程序的其中一部分代码只有在满足一定条件时才进行编译，否则不参与编译(只有参与编译的代码最终才能被执行)，这就是条件编译。
• 样式

1 #if 条件1
2  ...code1...
3 #elif 条件2
4  ...code2...
5 #else
6  ...code3...
7 #endif
如果条件1成立，那么编译器就会把#if 与 #elif之间的code1代码编译进去（注意：是编译进去，不是执行，很平时用的if-else是不一样的）

• #if 和 #elif后面的条件一般是判断宏定义而不是判断变量，因为条件编译是在编译之前做的判断，宏定义也是编译之前定义的，而变量是在运行时才产生的、才有使用的意义

 1 #include <stdio.h>
 2 
 3 #define MAX 11
 4 
 5 int main ()
 6 {
 7 #if MAX == 0
 8     printf("MAX是0");
 9 #elif MAX > 0
10     printf("MAX大于0");
11 #else
12     printf("MAX小于0");
13 #endif
14     return 0;
15 }

• 其他用法

  • #if defined()和#if !defined()的用法

    #if 和 #elif后面的条件不仅仅可以用来判断宏的值，还可以判断是否定义过某个宏。比如：
    1 #if defined(MAX)
    2     ...code...
    3 #endif
    如果前面已经定义过MAX这个宏，就将code编译进去。它不会管MAX的值是多少，只要定义过MAX，条件就成立。
    条件也可以取反：
    1 #if !defined(MAX)
    2     ...code...
    3 #endif
    如果前面没有定义过MAX这个宏，就将code编译进去。
  

  • #ifdef和#ifndef的使用

	#ifdef的使用和#if defined()的用法基本一致
	 #ifdef MAX
	2     ...code...
	3 	 #endif
    如果前面已经定义过MAX这个宏，就将code编译进去。
    #ifndef又和#if !defined()的用法基本一致
    1 #ifndef MAX
	2     ...code...
	3 	#endif
如果前面没有定义过MAX这个宏，就将code编译进去。

文件包含

• #include，它可以将一个文件的全部内容拷贝另一个文件中。
• 形式
  • 第1种形式#include　<文件名>
    • 直接到C语言库函数头文件所在的目录中寻找文件
  • 第2种形式 #include　”文件名”
    • 系统会先在源程序当前目录下寻找，若找不到，再到操作系统的path路径中查找，最后才到C语言库函数头文件所在目录中查找

使用注意

1. #include指令允许嵌套包含，比如a.h包含b.h，b.h包含c.h，但是不允许递归包含，比如 a.h 包含 b.h，b.h 包含 a.h。
2. 使用#include指令可能导致多次包含同一个头文件，降低编译效率
   • 在one.h中声明了一个one函数；在two.h中包含了one.h，顺便声明了一个two函数。
   • 假如我想在main.c中使用one和two两个函数，而且有时候我们并不一定知道two.h中包含了one.h，所以可能会这样做：

    #include"one.h" 
    #include"two.h"
   

   • 编译预处理之后main.c的代码是这样的：

    1 void one();
    2 void one();
    3 void two();
    4 int main ()
    5 {
    6 
    7     return 0;
    8 }
   

   • 可以看出来，one函数被声明了2遍，根本就没有必要，这样会降低编译效率。
   • 为了解决这种重复包含同一个头文件的问题，一般我们会这样写头文件内容：

	one.h文件
	
  9   #ifndef _ONE_H_
  10	#define _ONE_H_
  11	//声明了一个one函数
  12 	void one();
  13 	#endif
	
	two.h文件
	
  9  #ifndef _TWO_H_
 10  #define _TWO_H_
 11  #include "one.h"
 12	  //声明了一个two函数
 13  void two();
 14	  #endif

解析:大致解释一下意思，就拿one.h为例：当我们第一次#include “one.h”时，因为没有定义_ONE_H_，所以第9行的条件成立，接着在第10行定义了_ONE_H_这个宏，然后在12行声明one函数，最后在13行结束条件编译。当第二次#include “one.h”，因为之前已经定义过_ONE_H_这个宏，所以第9行的条件不成立，直接跳到第13行的#endif，结束条件编译。就是这么简单的3句代码，防止了one.h的内容被重复包含。

• 这样子的话，main.c中的：

	#include "one.h"
	#include "two.h"

替换成下面

 1 // #include "one.h"
 2 #ifndef _ONE_H_
 3 #define _ONE_H_
 4 
 5 void one();
 6 
 7 #endif
 8 
 9 // #include "two.h"
10 #ifndef _TWO_H_
11 #define _TWO_H_
12 
13 // #include "one.h"
14 #ifndef _ONE_H_
15 #define _ONE_H_
16 
17 void one();
18 
19 #endif
20 
21 void two();
22 
23 #endif

编译结果

 void one();
 void two();