c语言---预处理详解（详解）

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。

__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
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举个例子：

#include<stdio.h>
int main()
{
	printf("%s\n", __DATE__);
	printf("%s\n", __TIME__);
	return 0;
}
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运行结果：

二、define 定义常量

基本语法：

 #define name stuff
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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__ ) 
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思考：在define定义标识符的时候，要不要在最后加上 ; ?
比如：

#define MAX 1000;
#define MAX 1000
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建议不要加上 ; ,这样容易导致问题。
比如下面的场景：

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

#define SQUARE( x ) x * x
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这个宏接收⼀个参数 x .如果在上述声明之后，你把 SQUARE( 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
代码：

#include<stdio.h>
#define SQUARE(x) x*x
int main()
{
	int ret = SQUARE(5);
	printf("%d\n", ret);
	return 0;
}
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运行结果：

警告：
这个宏存在⼀个问题：
观察下面的代码段：

#include<stdio.h>
#define SQUARE(x) x*x
int main()
{
	int a = 5;
	int ret = SQUARE(a+1);
	printf("%d\n", ret);
	return 0;
}
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运行结果：

为什么是11不是36呢？
很简单，这个就是替换了一下：

a+1*a+1//5+1x5+1=11
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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 SQUARE(x) (x) * (x)
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这里还有⼀个宏定义：

#define DOUBLE(x) (x) + (x)
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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));
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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));//55
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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 ) )
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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。

x+1;//不带副作⽤
x++;//带有副作⽤
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#include<stdio.h>
#define MAX(X,Y) ((X)>(Y)?(X):(Y))
int main()
{
	int a = 3;
	int b = 5;
	int m = MAX(a++, b++);
	printf("m=%d\n", m);
	printf("a=%d\n", a);
	printf("b=%d\n", b);
	return 0;
}
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运行结果：

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。

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：
4. 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。
5. 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))
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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型、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：
3. 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。
4. 宏是没法调试的。
5. 宏由于类型⽆关，也就不够严谨。
6. 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));
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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“。
举例：

#include<stdio.h>
int main()
{
	printf("hello""world\n");
	printf("helloworld\n");
	return 0;
}
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里面再加空格看看：

#include<stdio.h>
int main()
{
	printf("hello"          "world\n");
	printf("helloworld\n");
	return 0;
}
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运行结果：

可以看到和上面的运行结果都是一样的

#include<stdio.h>
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 = 5.6f;
	printf("the value of f  is %f\n", f);
	return 0;
}
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看这里都有一些相似点，只有一点点不同，那可不可以用宏来解决这个问题呢？

#include<stdio.h>
#define print(n,format) printf("the value of n is "format"\n",n);
int main()
{
	int a = 10;
	print(a, "%d");
	//printf("the value of a is %d\n", a);
	int b = 20;
	print(b, "%d");
	//printf("the value of b  is %d\n", b);
	float f = 5.6f;
	print(f, "%f");
	//printf("the value of f  is %f\n", f);
	return 0;
}
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运行结果：

还是不对哇，还没有达到想要的预期效果哇，那怎么办呢？
这个时候就要用到#运算符了

#include<stdio.h>
#define print(n,format) printf("the value of "#n" is "format"\n",n);
int main()
{
	int a = 10;
	print(a,"%d");
	//printf("the value of a is %d\n", a);
	int b = 20;
	print(b,"%d");
	//printf("the value of b  is %d\n", b);
	float f = 5.6f;
	print(f,"%f");
	//printf("the value of f  is %f\n", f);
	return 0;
}
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运行结果：

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。

int int_max(int x, int y)
{
 return x>y?x:y;
}
float float_max(float x, float y)
{
 return x>y？x:y;
}
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我们仔细观察一下

是不是这里都是一样的，那么有什么办法可以解决把这个问题简化一下呢？

//宏定义
#define GENERIC_MAX(type) \
type type##_max(type x, type y)\
{ \
 return (x>y?x:y); \
}
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完整代码

#include<stdio.h>
#define GENERIC_MAX(type)   \
        type type##_max(type x,type y)\
       {   \
         return x>y?x:y;\
       }
//定义函数
GENERIC_MAX(float);// float_max
GENERIC_MAX(int);//相当于 int_max
//int int_MAX(int x,int y)\
{\
    return x>y?x;y;\
}
int main()
{
    int r1 = int_max(3, 5);
    printf("%d\n",r1);
    float r2 = float_max(3.1f, 4.8f);
    printf("%f\n", r2);
    return 0;
}
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运行结果：

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。
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举例：

#define MAX 500
#include<stdio.h>
int main()
{
	printf("%d\n", MAX);
#undef MAX
	printf("%d\n", MAX);//MAX未声明
	return 0;
}
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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;
}
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编译指令：

//linux 环境演⽰
gcc -D ARRAY_SIZE=10 programe.c
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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__       //-->相当于一个开关
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;
}
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常见的条件编译指令：
1.常量表达式由预处理器求值。

#if 常量表达式
 //...
#endif
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举例：

2.多个分⽀的条件编译

#if 常量表达式
 //...
#elif 常量表达式
 //...
#else
 //...
#endif
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举例：

#include<stdio.h>
#define M 2
int main()
{
#if M==0
	printf("1\n");
#elif M==2
	printf("2\n");
#else
	printf("3\n");
#endif
	return 0;
}
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运行结果：

3.判断是否被定义

#if defined(symbol)
#ifdef symbol
#if !defined(symbol)
#ifndef symbol
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举例：

#define MAX 200
#include<stdio.h>
int main()
{
#ifdef MAX
	printf("hello!\n");
#endif
	return 0;
}
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运行结果：

//#define MAX 200
#include<stdio.h>
int main()
{
#ifdef MAX
	printf("hello!\n");
#endif
	return 0;
}
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运行结果：

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

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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"
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查找策略：先在源⽂件所在⽬录下查找，如果该文件未找到，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
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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
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注意按照自己的安装路径去找。

12.1.2库文件包含

#include <filename.h>
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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。
test.c:

#include "test.h"
#include "test.h"
#include "test.h"
#include "test.h"
#include "test.h"
int main()
{
 
 return 0;
}
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test.h:

void test();
struct Struct
{
	int id;
	char name[20];
};
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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贝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__
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或者

#pragma once
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总结：就可以避免头文件的重复引入。

欧耶！！我学会啦！！！！