C语言复习笔记 8

预处理命令

程序设计语言的预处理的概念：在编译之前进行的处理。 C语言的预处理主要有三个方面的内容：

1. 宏定义；
2. 文件包含；
3. 条件编译。

预处理命令以符号“#”开头。

以#号开头的命令称为预处理命令。

C语言源文件要经过编译、链接才能生成可执行程序：
1）编译（Compile）会将源文件（.c文件）转换为目标文件。对于VC/VS，目标文件后缀为.obj；对于GCC，目标文件为.o。

编译是针对单个源文件的，一次编译操作只能编译一个源文件，如果程序中有多个源文件，就需要多次编译操作。

2）链接（Link）是针对多个文件的，它会将编译生成的目标文件以及系统中的库、组件等合并成一个可执行程序。

关于编译和链接的过程、目标文件和可执行文件的结构、.h文件和.c文件的区别。待研究。

在实际开发中，有时候在编译之前还需要对源文件进行简单的处理。例如，我们希望自己的程序在Windows和Linux下都能够运行，那么就要在Windows下使用VS编译一遍，然后在Linux下使用GCC编译一遍。但是现在有个问题，程序中要实现的某个功能在VS和GCC下使用的函数不同（假设VS下使用 a()，GCC下使用 b()），VS下的函数在GCC下不能编译通过，GCC下的函数在VS下也不能编译通过，怎么办呢？

这就需要在编译之前先对源文件进行处理：如果检测到是VS，就保留 a() 删除 b()；如果检测到是GCC，就保留 b() 删除 a()。

这些在编译之前对源文件进行简单加工的过程，就称为预处理（即预先处理、提前处理）。

预处理主要是处理以#开头的命令，例如#include

宏定义

宏定义是预处理命令的一种，它允许用一个标识符来表示一个字符串。

#define N 100就是宏定义，N为宏名，100是宏的内容。在编译预处理时，对程序中所有出现的“宏名”，都用宏定义中的字符串去代换，这称为“宏代换”或“宏展开”。

宏定义是由源程序中的宏定义命令#define完成的，宏代换是由预处理程序完成的。

对宏定义的几点说明

1) 宏定义是用宏名来表示一个字符串，在宏展开时又以该字符串取代宏名，这只是一种简单的替换。字符串中可以含任何字符，可以是常数，也可以是表达式，预处理程序对它不作任何检查，如有错误，只能在编译已被宏展开后的源程序时发现。（注意与C语言带双引号的字符串区别开，这里指的是广义上的字符串）

2) 宏定义不是说明或语句，在行末不必加分号，如加上分号则连分号也一起替换。

3) 宏定义必须写在函数之外，其作用域为宏定义命令起到源程序结束。如要终止其作用域可使用#undef命令。例如：

#define PI 3.14159

int main(){
    // Code
    return 0;
}

#undef PI

void func(){
    // Code
}

//表示PI只在main函数中有效，在func中无效。

4) 宏名在源程序中若用引号括起来，则预处理程序不对其作宏代换，例如：

#include <stdio.h>
#define OK 100
int main(){
    printf("OK\n");
    return 0;
}
//该例中定义宏名OK表示100，但在 printf 语句中 OK 被引号括起来，因此不作宏代换，而作为字符串处理。

5) 宏定义允许嵌套，在宏定义的字符串中可以使用已经定义的宏名，在宏展开时由预处理程序层层代换。

6) 习惯上宏名用大写字母表示，以便于与变量区别。但也允许用小写字母

7) 可用宏定义表示数据类型，使书写方便。例如：
#define UINT unsigned int
在程序中可用UINT作变量说明：
UINT a, b;

应注意用宏定义表示数据类型和用typedef定义数据说明符的区别。宏定义只是简单的字符串代换，是在预处理完成的，而typedef是在编译时处理的，它不是作简单的代换，而是对类型说明符重新命名。被命名的标识符具有类型定义说明的功能。

typedef为C语言的关键字，作用是为一种数据类型定义一个新名字。这里的数据类型包括内部数据类型（int,char等）和自定义的数据类型（struct等）。
在编程中使用typedef目的一般有两个，一个是给变量一个易记且意义明确的新名字，另一个是简化一些比较复杂的类型声明。

C语言中带参数的宏定义

C语言允许宏带有参数。在宏定义中的参数称为形式参数，在宏调用中的参数称为实际参数，这点和函数有些类似。

对带参数的宏，在调用中，不仅要宏展开，而且要用实参去代换形参。

带参宏定义的一般形式为：
#define 宏名(形参列表) 字符串
在字符串中含有各个形参。

带参宏调用的一般形式为：
宏名(实参列表);
例如：

#define M(y) y*y+3*y  //宏定义
// Code
k=M(5);  //宏调用
在宏调用时，用实参5去代替形参y，经预处理宏展开后的语句为k=5*5+3*5。

对带参宏定义的说明

1) 带参宏定义中，形参之间可以出现空格，但是宏名和形参列表之间不能有空格出现。

2) 在带参宏定义中，不会为形式参数分配内存，因此不必指明数据类型。而在宏调用中，实参包含了具体的数据，要用它们去代换形参，因此必须指明数据类型。

这一点和函数是不同的：在函数中，形参和实参是两个不同的变量，都有自己的作用域，调用时要把实参的值传递给形参；而在带参数的宏中，只是符号的替换，不存在值传递的问题。

带参数的宏和函数很相似，但有本质上的区别：宏展开仅仅是字符串的替换，不会对表达式进行计算；宏在编译之前就被处理掉了，它没有机会参与编译，也不会占用内存。而函数是一段可以重复使用的代码，会被编译，会给它分配内存，每次调用函数，就是执行这块内存中的代码。

#include <stdio.h>

int SQ(int y){
  return ((y)*(y));
}

int main(){
    int i=1;
    while(i<=5){
        printf("%d^2 = %d\n", (i-1), SQ(i++));
    }
    return 0;
}

运行结果：
1^2 = 1
2^2 = 4
3^2 = 9
4^2 = 16
5^2 = 25

注意一点 printf()函数是从右开始入栈的。

C语言条件编译详解

假如现在要开发一个C语言程序，让它输出红色的文字，并且要求跨平台，在 Windows 和 Linux 下都能运行，怎么办呢？

这个程序的难点在于，不同平台下控制文字颜色的代码不一样，我们必须要能够识别出不同的平台。

Windows 有专有的宏_WIN32，Linux 有专有的宏linux，以现有的知识，我们很容易就想到了 if else，请看下面的代码：

#include <stdio.h>
int main(){
    if(_WIN32){
        system("color 0c");
        printf("http://c.biancheng.net\n");
    }else if(__linux__){
        printf("\033[22;31mhttp://c.biancheng.net\n\033[22;30m");
    }else{
        printf("http://c.biancheng.net\n");
    }

    return 0;
}

但这段代码是错误的，在 Windows 下提示 linux 是未定义的标识符，在 Linux 下提示 _Win32 是未定义的标识符。对上面的代码进行改进：

#include <stdio.h>
int main(){
    #if _WIN32
        system("color 0c");
        printf("http://c.biancheng.net\n");
    #elif __linux__
        printf("\033[22;31mhttp://c.biancheng.net\n\033[22;30m");
    #else
        printf("http://c.biancheng.net\n");
    #endif

    return 0;
}

#if、#elif、#else 和 #endif都是预处理命令，整段代码的意思是：如果宏 _WIN32 的值为真，就保留第 4、5 行代码，删除第 7、9 行代码；如果宏 linux 的值为真，就保留第 7 行代码；如果所有的宏都为假，就保留第 9 行代码。

这些操作都是在预处理阶段完成的，多余的代码以及所有的宏都不会参与编译，不仅保证了代码的正确性，还减小了编译后文件的体积。

这种能够根据不同情况编译不同代码、产生不同目标文件的机制，称为条件编译。条件编译是预处理程序的功能，不是编译器的功能。

#if 命令

#if 命令的完整格式为：
#if 整型常量表达式1
    程序段1
#elif 整型常量表达式2
    程序段2
#elif 整型常量表达式3
    程序段3
#else
    程序段4
#endif

它的意思是：如常“表达式1”的值为真（非0），就对“程序段1”进行编译，否则就计算“表达式2”，结果为真的话就对“程序段2”进行编译，为假的话就继续往下匹配，直到遇到值为真的表达式，或者遇到 #else。这一点和 if else 非常类似。

需要注意的是，#if 命令要求判断条件为“整型常量表达式”，也就是说，表达式中不能包含变量，而且结果必须是整数；而 if 后面的表达式没有限制，只要符合语法就行。这是 #if 和 if 的一个重要区别。

#elif 和 #else 也可以省略，如下所示：

#include <stdio.h>
int main(){
    #if _WIN32
        printf("This is Windows!\n");
    #else
        printf("Unknown platform!\n");
    #endif

    #if __linux__
        printf("This is Linux!\n");
    #endif

    return 0;
}

#ifdef 命令

#ifdef 命令的格式为：
#ifdef  宏名
    程序段1
#else
    程序段2
#endif
它的意思是，如果当前的宏已被定义过，则对“程序段1”进行编译，否则对“程序段2”进行编译。

#ifndef 命令

#ifndef 命令的格式为：
#ifndef 宏名
    程序段1 
#else 
    程序段2 
#endif
与 #ifdef 相比，仅仅是将 #ifdef 改为了 #ifndef。它的意思是，如果当前的宏未被定义，则对“程序段1”进行编译，否则对“程序段2”进行编译，这与 #ifdef 的功能正好相反。

区别

最后需要注意的是，#if 后面跟的是“整型常量表达式”，而 #ifdef 和 #ifndef 后面跟的只能是一个宏名，不能是其他的。