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C語言三種預處理功能詳解 1. 宏定義 2.檔案包含 3.條件編譯

僞指令（或預處理指令）定義：

預處理指令是以#号開頭的代碼行。#号必須是該行除了任何空白字元外的第一個字元。#後是指令關鍵字，在關鍵字和#号之間允許存在任意個數的空白字元。整行語句構成了一條預處理指令，該指令将在編譯器進行編譯之前對源代碼做某些轉換。下面是部分預處理指令：

指令          用途
#         空指令，無任何效果
#include  包含一個源代碼檔案
#define   定義宏
#undef    取消已定義的宏
#if       如果給定條件為真，則編譯下面代碼
#ifdef    如果宏已經定義，則編譯下面代碼
#ifndef   如果宏沒有定義，則編譯下面代碼
#elif     如果前#if條件不為真，目前條件為真，則編譯下面代碼，其實就是else if的簡寫
#endif    結束一個#if……#else條件編譯塊
#error    停止編譯并顯示錯誤資訊

特殊符号

預編譯程式可以識别一些特殊的符号。預編譯程式對于在源程式中出現的這些串将用合适的值進行替換。

注意，是雙下劃線，而不是單下劃線 。 

FILE 包含目前程式檔案名的字元串

LINE 表示目前行号的整數

DATE 包含目前日期的字元串

STDC 如果編譯器遵循ANSI C标準，它就是個非零值

TIME 包含目前時間的字元串

//例

#include<stdio.h>
int main()
{
   printf("Hello World!\n");
   printf("%s\n",__FILE__);
   printf("%d\n",__LINE__);
   return 0;
}

1. 宏定義

不帶參數

宏定義又稱為宏代換、宏替換，簡稱“宏”。預處理（預編譯）工作也叫做宏展開：将宏名替換為字元串， 即在對相關指令或語句的含義和功能作具體分析之前就要換。

格式：

#define 辨別符 字元串

其中辨別符就是所謂的符号常量，也稱為“宏名”。

例：

#define Pi 3.1415926//把程式中出現的Pi全部換成3.1415926

說明：

  • （1）宏名一般用大寫;
  • （2）使用宏可提高程式的通用性和易讀性，減少不一緻性，減少輸入錯誤和便于修改。例如：數組大小常用宏定義;
  • （3）預處理是在編譯之前的處理，而編譯工作的任務之一就是文法檢查，預處理不做文法檢查;
  • （4）宏定義末尾不加分号；
  • （5）宏定義寫在函數的花括号外邊，作用域為其後的程式，通常在檔案的最開頭;
  • （6）可以用#undef指令終止宏定義的作用域;
  • （7）宏定義允許嵌套;
  • （8）字元串( " " )中永遠不包含宏;
  • （9）宏定義不配置設定記憶體，變量定義配置設定記憶體;
  • （10）宏定義不存在類型問題，它的參數也是無類型的。

帶參數

除了一般的字元串替換，還要做參數代換

格式： 

#define 宏名（參數表） 字元串

例如：

#define S(a,b) a*b

area=S(3,2)；//第一步被換為area=a*b; ，第二步被換為area=3*2;
  • （1）實參如果是表達式容易出問題

    #define S(r) r*r

    area=S(a+b);//第一步換為area=r*r;,第二步被換為area=a+b*a+b;

     正确的宏定義是

    #define S(r) ((r)*(r))
  • （2）宏名和參數的括号間不能有空格;
  • （3）宏替換隻作替換，不做計算，不做表達式求解;
  • （4）函數調用在編譯後程式運作時進行，并且配置設定記憶體。宏替換在編譯前進行，不配置設定記憶體
  • （5）宏的啞實結合不存在類型，也沒有類型轉換。
  • （6）宏展開使源程式變長，函數調用不會
  • （7）宏展開不占運作時間，隻占編譯時間，函數調用占運作時間（配置設定記憶體、保留現場、值傳遞、傳回值）。

冷門重點編輯

#define用法

1、用無參宏定義一個簡單的常量

#define LEN 12

這個是最常見的用法，但也會出錯。比如下面幾個知識點你會嗎？可以看下：

（1）#define NAME "zhangyuncong" 程式中有"NAME"則，它會不會被替換呢？

（2）#define 0x abcd 可以嗎？也就是說，可不可以用不是辨別符的字母替換成别的東西？

（3）#define NAME "zhang 這個可以嗎？

（4）#define NAME "zhangyuncong" 程式中有上面的宏定義，并且，程式裡有句：NAMELIST這樣，會不會被替換成"zhangyuncong"LIST

四個題答案都是十分明确的。

第一個，""内的東西不會被宏替換。這一點應該大家都知道;

第二個，宏定義前面的那個必須是合法的使用者辨別符;

第三個，宏定義也不是說後面東西随便寫，不能把字元串的兩個""拆開;

第四個：隻替換辨別符，不替換别的東西。NAMELIST整體是個辨別符，而沒有NAME辨別符，是以不替換。 也就是說，這種情況下記住：#define第一位置第二位置

（1） 不替換程式中字元串裡的東西；

（2） 第一位置隻能是合法的辨別符（可以是關鍵字）；

（3） 第二位置如果有字元串，必須把""配對；

（4） 隻替換與第一位置完全相同的辨別符。

還有就是老生常談的話：記住這是簡單的替換而已，不要在中間計算結果，一定要替換出表達式之後再算。

2、 帶參宏一般用法

比如

#define MAX(a,b) ((a)>(b)?(a):(b))

則遇到MAX(1+2,value)則會把它替換成： ((1+2)>(value)?(1+2):(value))注意事項和無參宏差不多。 但還是應注意

#define FUN(a) "a"

則，輸入FUN(345)會被替換成什麼？

其實，如果這麼寫，無論宏的實參是什麼，都不會影響其被替換成"a"的命運。也就是說，""内的字元不被當成形參，即使它和一模一樣。那麼，你會問了，我要是想讓這裡輸入FUN(345)它就替換成"345"該怎麼實作呢？請看下面關于#的用法

3、 有參宏定義中#的用法

#define STR(str) #str  //#用于把宏定義中的參數兩端加上字元串的""

比如，這裡STR(my#name)會被替換成"my#name" 一般由任意字元都可以做形參，但以下情況會出錯：

STR())這樣，編譯器不會把“)”當成STR()的參數。

STR(,)同上，編譯器不會把“,”當成STR的參數。

STR(A,B)如果實參過多，則編譯器會把多餘的參數舍去。（VC++2008為例）

STR((A,B))會被解讀為實參為：(A,B)，而不是被解讀為兩個實參，第一個是(A第二個是B)。

4、 有參宏定義中##的用法

#define WIDE(str) L##str

則會将形參str的前面加上L 比如：WIDE("abc")就會被替換成L"abc" 如果有

#define FUN(a,b) vo##a##b()

那麼FUN(id ma,in)會被替換成void main()

5、 多行宏定義：

#define doit(m,n) for(int i=0;i<(n);++i)\
{\
m+=i;\
}

#undef

作用：在後面取消以前定義的宏定義。一旦辨別符被定義成一個宏名稱，它将保持已定義狀态且在作用域内，直到程式結束或者使用#undef 指令取消定義。

//例

#define TEST_A 1
#define TEST_CLASS_A clase T1
#include "TEST.h"
#undef TEST_A
#undef TEST_CLASS_A

說明：在檔案#include "TEST.h" 中宏定義#define TESTA 1、#define TESTCLASS_A clase T1 起作用，過了這一語句宏定義就釋放掉了，在test.h裡，這個宏是有效的，然後出了這個頭檔案，又無效了。

2.檔案包含

由來：檔案包含處理在程式開發中會給我們的子產品化程式設計帶來很大的好處，通過檔案包含的方法把程式中的各個功能子產品聯系起來是子產品化程式設計中的一種非常有利的手段。

定義：檔案包含處理是指在一個源檔案中，通過檔案包含指令将另一個源檔案的内容全部包含在此檔案中。在源檔案編譯時，連同被包含進來的檔案一同編譯，生成目标目标檔案。

檔案包含的處理方法：

(1) 處理時間：檔案包含也是以"#"開頭來寫的(#include ), 那麼它就是寫給預處理器來看了, 也就是說檔案包含是會在編譯預處理階段進行處理的。

(2) 處理方法：在預處理階段，系統自動對#include指令進行處理，具體做法是:将包含檔案的内容複制到包含語句(#include )處，得到新的檔案，然後再對這個新的檔案進行編譯。

其一般形式為：

#include " 檔案名"

或

#include <檔案名>

但是這兩種形式是有差別的： 使用雙撇号 （即〝stdio.h〞形式）時，系統首先在使用者目前目錄中尋找要包含的檔案，若未找到才到包含目錄中去查找； 使用尖括号（即<math.h>形式）時，表示在包含檔案目錄中去查找（包含目錄是由使用者在設定環境時設定的），而不在源檔案目錄去查找。若檔案不在目前目錄中，雙撇号内可給出檔案路徑。

關于頭檔案的寫法個人總結以下幾點:

  • (1) 對應的.c檔案中寫變量、函數的定義;
  • (2) 對應的.h檔案中寫變量、函數的聲明；
  • (3) 如果有資料類型的定義和宏定義，請寫在頭檔案(.h)中；
  • (4) 頭檔案中一定加上#ifndef...#define....#endif之類的防止頭檔案被重包含的語句；
  • (5) 子產品的.c檔案中别忘包含自己的.h檔案。

3.條件編譯

程式員可以通過定義不同的宏來決定編譯程式對哪些代碼進行處理。條件編譯指令将決定哪些代碼被編譯，而哪些不被編譯的。可以根據表達式的值或者某個特定的宏是否被定義來确定編譯條件。

#if/#endif/#else/#elif指令

一般形式

（1）

#if表達式
//語句段1
#else
//語句段2]
#endif

如果表達式為真，就編譯語句段1，否則編譯語句段2

（2）

#if表達式1
//語句段1
#elif表達式2
//語句段2
#else
//語句段3
#endif

如果表達式1真，則編譯語句段1，否則判斷表達式2；如果表達式2為真，則編譯語句段2，否則編譯語句段3

（3）

#ifdef 宏名
//語句段
#endif

作用：如果在此之前已定義了這樣的宏名，則編譯語句段。

（4）

#ifndef宏名
//語句段
#endif

作用：如果在此之前沒有定義這樣的宏名，則編譯語句段。#else可以用于#ifdef和#ifndef中，但#elif不可以。

//例

#define DEBUG   //此時#ifdef DEBUG為真
//#define DEBUG //此時為假
int main()
{
   #ifdef DEBUG
  printf("Debugging\n");
   #else
  printf("Not debugging\n");
   #endif
   printf("Running\n");
   return 0;
}

//輸出結果是：

Debugging

Running

//例

#define TWO
int main()
{
   #ifdef ONE
  printf("1\n");
   #elif defined TWO
  printf("2\n");
   #else
  printf("3\n");
   #endif
}

//輸出結果是：

2

#ifdef和#ifndef

這二者主要用于防止頭檔案重複包含。我們一般在.h頭檔案前面加上這麼一段：

//防止頭檔案重複包含funcA.h
#ifndef FUNCA_H
#define FUNCA_H
//頭檔案内容
#end if

這樣，如果a.h包含了funcA.h，b.h包含了a.h、funcA.h，重複包含，會出現一些type redefination之類的錯誤。#if defined等價于#ifdef; #if !defined等價于#ifndef

#error

#error指令是C/C++語言的預處理指令之一，當預處理器預處理到#error指令時将停止編譯并輸出使用者自定義的錯誤消息。 文法：

#error [使用者自定義的錯誤消息]

注：上述文法成份中的方括号“[]”代表使用者自定義的錯誤消息可以省略不寫。

//例

用法示例：

/*
*檢查編譯此源檔案的編譯器是不是C++編譯器
*如果使用的是C語言編譯器則執行#error指令
*如果使用的是 C++ 編譯器則跳過#error指令
*/
#ifndef __cplusplus
#error 親，您目前使用的不是C++編譯器噢！
#endif
#include <stdio.h>
int main()
{
printf("Hello,World!");
return 0;
}

#line

#line指令改變LINE與FILE的内容，它們是在編譯程式中預先定義的辨別符。

#pragma

#pragma指令沒有正式的定義。編譯器可以自定義其用途。典型的用法是禁止或允許某些煩人的警告資訊。

//例

#line   100  //初始化行計數器 
#include<stdio.h>//行号100
int main()
{
printf("Hello World!\n");
printf("%d",__LINE__);
return 0;
}

//輸出104

基礎原理
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