C预处理指令和C宏

最新推荐文章于 2024-12-22 23:09:46 发布

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C语言程序在被编译成可执行文件时，也许你使用的IDE只需点击一下编译按钮，或者使用gcc编译器的，也是一条命令就完成了（当然使用命令时，会有些必须的参数）。但是真正实际情况，这个过程需要经历：预处理——》编译——》链接——》装载。当然我们的编译器已经高度发达，将这些内容全部实现了。

而预处理最长被我们使用一条指令是#include。我们用它来加载头文件。同时还会有些使用预处理指令的C宏或是编译条件等。

一：首先先将C语言所有预处理指令简单介绍一下：

1.#define指令：

该条指令最常被用来定义符号常量或明显的常量，当然定一个“类函数”宏也是需要使用它的。

每个#define行由三部分组成，第一部分是指令自身#define，第二部分是所选择的缩略语，这些缩略语称为宏（macro）。第三部分为宏替换的主体（或列表）。举例如下：

#define PX printf("x is %d/n",x)

#define	PX	printf("x is %d/n",x)
预处理指令	宏	主体（替换列表）

其中对于第二部分（宏）有如下要求：宏的名字中不能有空格，而且必须遵循C变量命名规则：只能使用字母、数字和下划线（_）而且第一个字符不能为数字。同时要注意，对于所有预处理指令都是从#开始到第一个换行符结束。#define指令的作用范围是从出现位置开始到文件结束。

预处理器在处理时，将源文件中出现的"宏"用其"主体"做替换。而且这种替换是可嵌套的。这种嵌套替换举例如下：

#define TWO 2

#define FOUR TWO*TWO

则FOUR将被做如下处理：第一次替换后变为：TWO*TWO,再次替换后变为2*2。

在const关键字得到C的支持后，又提供了一种创建常量的灵活方法。使用const 可以创建全局常量和局部常量、数字常量、数组常量和结构常量。对使用#define定义的符号常量可以被用来指定标准数组的大小，与const的简单举例类比。

#define LIMIT 20

const int LIM = 50;

static int data1[LIMIT]; //合法

static int data2[LIM]; //无效

const int LIM2 = 2*LIMIT; //合法

const int LIM3 = 2 *LIM; //无效

在 #define中使用参数。通过使用参数可以创建外形和作用都与函数相似的类函数宏。宏的参数也用圆括号括起来。举例如下：

#define	MEAN（X，Y）	（（（X）+（Y））/2）
预处理指令	宏（X和Y为宏的参数）	替换主体

带参数的宏外形与函数非常相似，但是在使用时与真正的函数调用不完全相同。如果不能理解替换这种预处理形式很有可能出现意料之外的错误。见如下例子程序：

/* mac_arg.c -- macros with arguments */

#include <stdio.h>

#define SQUARE(X) X*X

#define PR(X) printf("The result is %d./n", X)

int main(void)

{

int x = 4;

int z;

printf("x = %d/n", x);

z = SQUARE(x);

printf("Evaluating SQUARE(x): ");

PR(z);

z = SQUARE(2);

printf("Evaluating SQUARE(2): ");

PR(z);

printf("Evaluating SQUARE(x+2): ");

PR(SQUARE(x+2));

printf("Evaluating 100/SQUARE(2): ");

PR(100/SQUARE(2));

printf("x is %d./n", x);

printf("Evaluating SQUARE(++x): ");

PR(SQUARE(++x));

printf("After incrementing, x is %x./n", x);

return 0;

}

使用gcc4.3.2编译后输出的结果如下：（在不同的编译器出现的结果可能不同）

x = 4

Evaluating SQUARE(x): The result is 16.

Evaluating SQUARE(2): The result is 4.

Evaluating SQUARE(x+2): The result is 14.

Evaluating 100/SQUARE(2): The result is 100.

x is 4.

Evaluating SQUARE(++x): The result is 36.

After incrementing, x is 6.

前两项的结果正确的但是接下来的则有些出乎意外。PR(SQUARE(x+2));时x值为4，那么x+2的SQUARE(x+2)时应该是6*6结果应该为36。而程序运行的结果则是14.如果你使用替换原则将SQUARE(x+2)替换则变为:

x+2*x+2

这时x=4则计算结果正是14.要处理这种情况（优先级问题），可以采用对替换主题加圆括号保证优先级。最好参数本身也使用括号，保证优先级正确性。修改如下：

#define SQUARE(X) （（X）*（X））

之后的情况类似。特别指出：

Evaluating SQUARE(++x): The result is 36.

将被替换成：++x*++x。这种运算顺序C语言没有给出规定，而这时对不同的编译器可能出现不同的结果，gcc4.3.2是在乘法运算前进行了x自加操作。而编译器也可以产生5*6的情况。不一而别。这里就需要注意了，在宏中一般不要使用自增或自减运算符。

2.#运算符：在宏中利用宏参数创建字符串。

如果定义如下一个宏：

#define PSQR（X） printf（“The square of X is %d/n”,（（X）*（X）））

这样使用宏：

PSQR（8）；

则输出为：

The square of X is 64。

该处双引号中的X并没有被替换，这是预处理的替换规则决定的。但是如果你希望在字符串中（双引号括起来的C语言认为是字符串）包含宏的参数。那么C语言提供了#运算符来实现。例子程序如下：

/* subst.c -- substitute in string */

#include <stdio.h>

#define PSQR(x) printf("The square of " #x " is %d./n",((x)*(x)))

int main(void)

{

int y = 5;

PSQR(y);

PSQR(2 + 4);

return 0;

}

输出如下：

The square of y is 25.

The square of 2 + 4 is 36.

可以看出第一次，用“y”代替了X。第二次用“2+4”代替了X。

3.##运算符：预处理器的粘合剂：

和#运算符一样，##运算符可以用于宏的替换部分。另外##还可以用于类对象宏的的替换部分。这个运算符吧两个语言符号组合成单个语言符号。例子程序如下：

// glue.c -- use the ## operator

#include <stdio.h>

#define XNAME(n) x ## n

#define PRINT_XN(n) printf("x" #n " = %d/n", x ## n);

int main(void)

{

int XNAME(1) = 14; // 变成int x1 = 14;

int XNAME(2) = 20; // 变成int x2 = 20;

PRINT_XN(1); // 变成printf("x1 = %d/n", x1);

PRINT_XN(2); // 变成printf("x2 = %d/n", x2);

return 0;

}

输出如下：

x1 = 14

x2 = 20

可以看到使用##运算符后将x与n合并成一个字符串。

可变参数宏：...和_ _VA_ARGS_ _

具体应用举例如下：

#define PR（...） printf(_ _VA_ARGS_ _)

假设之后用下面的方式调用该宏

PR（"Howdy"）;

PR（"wetigt = %d,shipping =￥%f/n",wt,sp）;

则第一次调用中_ _VA_ARGS_ _展开为一个参数。

"Howdy"

第二次调用中_ _VA_ARGS_ _展开为3个参数。

"wetigt = %d,shipping =￥%f/n",wt,sp

展开后代码为：

printf（"Howdy"）;

printf（"wetigt = %d,shipping =￥%f/n",wt,sp）;

需要注意一点，省略号只能代替最后的宏参数。如下定义是错误的。

#define WRONG （X, ... , Y） #X#_ _VA_ARGS_ _#Y

4.#include：文件包含。

预处理器发现该指令后，就会寻找后跟的文件名并把该文件的内容复制包含到当前文件中。

详细内容可参见《C语言的变量作用域及头文件》中关于头文件部分介绍。

5.#undef 取消定义：

#undef指令取消已定义的一个给定#define。举例如下：

例如;

#define LIMIT 400

....

#undef LIMIT //此处之后LIMIT是没有定义的。

但是注意，C语言提供的几个预定义宏如： _ _DATE_ _和_ _FILE_ _等不可被取消。

6.：#ifdef 、#else和#endif 及#ifndef：条件编译指令组合

#ifdef 、#else和#endif 及#ifndef通过判断之后跟随的变量是否被#define定义而形成编译的条件。#ifdef判读后面的标识符是否为定义，而#ifndef则相反，判断是否未定义。#else则与两者中其一组合使用类似，if。。。else形式。#endif用于指示结束位置。

7.#if与#elif：条件编译指令组合。

#if指令更像C语言中if；#if后跟常量整数表达式，如果表达式为非零值，则表达式为真。#elif则可以与#if组合形成 if 。。。else if。。。else if 的条件组合序列。（早期预处理器可能不支持#elif）。举例如下：

#if SYS= =1

#include "test1.h"

#elif SYS = = 2

#include "test2.h"

#elif SYS = = 3

#include "test3.h"

#else

#include "test.h"

#endif

8.#line和#error：

#line指令用于重置_ _LINE_ _和_ _FILE_ _宏报告的行号和文件名。使用举例：

#line 1000 //把当前行重置为1000

#line 10 "cool.c"//把行号重置为10，文件名重置为cool.c

#error指令是预处理器发出一条错误消息，该消息饱和值了中的文本信息。可能的话编译过程应该中断。使用举例：

#if _ _STDC_VERSION_ _ != 199901L

#error Not C99

#endif

9.#pragma ：编译器参数设定。

这个指令在现代编译器中被扩展的比较强大，同时通过必要的指令集来完成编译指示。不做详细介绍。

掌握以上预处理指令，和宏的实现。通过一些宏可以在编写程序时达到意想不到结果。

二：宏的使用技巧举例：

例一、用C宏，书写代码更简洁这段代码写网络程序的朋友都很眼熟，是Net/3中mbuf的实现。

struct mbuf

{

struct m_hdr mhdr;

union {

struct

{

struct pkthdr MH_pkthdr; /* M_PKTHDR set */

union

{

struct m_ext MH_ext; /* M_EXT set */

char MH_databuf[MHLEN];

} MH_dat;

} MH;

char M_databuf[MLEN]; /* !M_PKTHER, !M_EXT*/

} M_dat;

};

　　上面的代码，假如我想访问最里层的MH_databuf，那么我必须写M_dat.MH.MH_dat.MH_databuf; 这是不是很长，很难写呀？这样的代码阅读起来也不明了。其实，对于MH_pkthdr、MH_ext、MH_databuf来说，虽然不是在一个结构层次上，但是如果我们站在mbuf之外来看，它们都是mbuf的属性，完全可以压扁到一个平面上去看。所以，源码中有这么一组宏：

#define m_next m_hdr.mh_next

#define m_len m_hdr.mh_len

#define m_data m_hdr.mh_data

... ...

#define m_pkthdr M_dat.MH.MH_pkthdr

#define m_pktdat M_dat.MH.MH_dat.MH_databuf

... ...

这样写起代码来，是不是很精练呢！

例二、用C宏，实现跨平台和编译器的需要这方面的例子太好举了，一举一大摞，就从VC的库源码中随意copy一段出来吧。

#ifndef _CRTAPI1

#if _MSC_VER >= 800 && _M_IX86 >= 300

#define _CRTAPI1 __cdecl

#else /* _MSC_VER >= 800 && _M_IX86 >= 300 */