C语言预处理详解及其指令

预处理详解

1.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 这个代码在vs上面是不可以使用的

int main()
{

	printf("%s\n", __FILE__);
	printf("%d\n", __LINE__);
	printf("%s\n", __DATE__);
	printf("%s\n", __TIME__);
	//printf("%s\n", __STDC__);//vs不支持
	return 0;
}

以下是运行结果：
在这里插入图片描述

__FILE__:是打印当前文件的路劲
__LINE__:打印当前代码所对应的行号
__DATE__:打印的是当前的日期
__TIME__:打印的是当前的时间

2.#define定义常量

基本使用方法

#define name stuff

name是变量名， stuff预定以后的名字

举例子

#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__)

以上代码中的\是续行符，

如果在define定义的表示符后面加上分号会发生什么？用一下来解释

#define MAX 1000;
#define MAX 1000

第一个宏定义加了分号，编译器在处理的时候就会编译成printf("%d",MAX;);
代码在这里就会报错

在这里插入图片描述

再比如：

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。

3. #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）。

下面是宏定义的声明方式：

#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。

这里需要注意:

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

例1

#define SQUARE( x ) x * x

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

上面的代码会出现问题，我们想要的结果是49 ，但是编译器会运行出以下问题

在这里插入图片描述

这里编译器就会将代码编译成printf ("%d\n",a + 1 * a + 1 );，由于运算符的优先级，所以结果就是17

我们可以使用以下方式来定义宏

#define SQUARE(X) (X)*(X)

就是每个变量都加括号，所以基本相同的代码，加上括号后运行结果就是不一样的
在这里插入图片描述

例2

看以下代码

#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));

这里运行结果是
在这里插入图片描述
但是我们实际想要的答案是100，所以以下代码是改进方式

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

 int main()
 {
 	int a = 5;
 	printf("%d\n", 10*DOUBLE(a));
 	               //10*((a)+(a))
 	return 0;
 }

运行结果在这里插入图片描述
这里就达到了我们预期的结果

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。

4. 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);

预处理之后的代码就是

z = ( (x++) > (y++) ? (x++):(y++));

所以输出的结果是：

x = 6 y = 10 z = 9

5. 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：：
1. 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。
2. 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。

6. 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))

这里不使用函数的原因是有以下两点:

  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))
 ...
//使⽤
 MALLOC(10, int);//类型作为参数
//预处理器替换之后：
 (int )malloc(10 sizeof(int));

宏和函数的一个对比

属性#define定义宏函数
代码长度每次使用时，宏代码都会被插入到程序中，除了非常小的宏之外，程序的长度会大幅度增长函数代码只出现于一个地方，每次使用这个函数时都调用那个地方的同一份代码
执行速度更快存在函数的调用和返回的额外开销，所以相对慢一些
操作符优先级宏参数的求值是在所有周围表达式的上下文环境里，除非加上括号，否则邻近操作符的优先级可能会产生不可预料的后果。所以建议宏在书写的时候。多些括号。函数参数只在函数调用的时候组织一次。它的结果值传递给函数表达式的求值，结果更容易预测。
带有副作用的参数参数可能被替换到宏体中的多个位置。如果宏的参数被多次计算，带有副作用的参数求值可能会产生不可预料的结果。函数参数只在传参的时候求值一次，结果更容易控制。
参数类型宏的参数与类型无关，只要对参数的操作是合法的，它就可以使用任何参数类型函数的参数是与类型有关的。如果参数的类型不同，就需要不同的函数，即使它们执行的任务是不同的
调试宏是不方便调试的函数是可以逐语句调试的
递归宏是不能递归的函数是可以递归的

7. #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，时⼀个字符串代码就会被预处理为：

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

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。

例如

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

我们可以使用以下代码

//宏定义
#define GENERIC_MAX(type) \
type type##_max(type x, type y)\
{ \
 return (x>y?x:y); \
}
使用宏，定义不同函数
GENERIC_MAX(int) //替换到宏体内后int##_max ⽣成了新的符号 int_max做函数名
GENERIC_MAX(float) //替换到宏体内后float##_max ⽣成了新的符号 float_max做函数名
int main()
{
 //调⽤函数
 int m = int_max(2, 3);
 printf("%d\n", m);
 float fm = float_max(3.5f, 4.5f);
 printf("%f\n", fm);
 return 0;
}

8. 宏命名约定

把宏名全部大写
函数名不要全部大写

9. #undef

#undef这条指令⽤于移除⼀个宏定义。

例如以下代码：

#define  ma  10
int main()
{

	printf("从定义之前ma是%d\n", ma);

#undef ma
#define ma 100
	printf("从定义之后ma是%d", ma);

	return 0;
}

在这里插入图片描述

10.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。

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。

#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;
}

结果是
在这里插入图片描述

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

文章到这里结束了！！！如果有错，请立刻指正，谢谢！！！