C程序编译流程之预处理器

定义

C预处理器是指C语言、C++语言的预处理器。用于在编译器处理程序之前预扫描源代码，完成头文件的包含，宏扩展，条件编译，行控制（line control）等操作。

C语言标准规定，预处理是指前4个编译阶段（phases of translation）：

1. 三字符组与双字符组的替换
2. 行拼接（Line splicing）: 把物理源码行（Physical source line）中的换行符转义字符处理为普通的换行符，从而把源程序处理为逻辑行的顺序集合。
3. 单词化（Tokenization）: 处理每行的空白、注释等，使每行成为token的顺序集。
4. 扩展宏与预处理指令（directive）处理。

来自《维基百科：C预处理器》

初识预处理

可以通过gcc的-E选项来查看预处理过程。

例如
hello.c

通过gcc -E hello.c -o hello.i得到预处理后的文件hello.i

可以看出，预处理器会自动添加一段的头部内容：

# 1 "hello.c"
# 1 "<built-in>"
# 1 "<command-line>"
# 31 "<command-line>"
# 1 "/usr/include/stdc-predef.h" 1 3 4
# 32 "<command-line>" 2
# 1 "hello.c"

看到这里，想必会对上面内容中的“# 1”、“#31”、”#32 … 2"等数字感到疑惑，接下来通过一些测试来探寻这些数字的含义。
例如
hola.h

hi.h

hello.h

hello.c

通过gcc -E hello.c -o hello.i得到预处理后的文件hello.i

源文件的信息如下：

1. hola.h的Line 3：You are in __FILE__ at __LINE__.
2. hi.h的Line 2：#include “hola.h”
3. hi.h的Line 5：You are in __FILE__ at __LINE__.
4. hello.h的Line 3：#include “hola.h”
5. hello.h的Line 7：You are in __FILE__ at __LINE__.
6. hello.c的Line 3：#include “hello.h”
7. hello.c的Line 5：#include “hi.h”
8. hello.c的Line 8~13：int main(int argc, char* argv[])

结合源文件的信息，我们理解预处理文件：

总结：

• #1 “hello.c” 表示进入"hello.c"。
• #1 “hello.h” 1 表示进入"hello.h" 。
• #x “hello.c” 2 表示返回至"hello.c"的第x行。
• 预处理的时候，不会删除文件中的空行。

处理注释

hello.c

hello.i

预处理器处理注释的方式：删除注释的内容，但保留注释原本占用的空间。

处理宏

预处理器定义的宏

宏	说明
__FILE__	当前文件名(%s)
__LINE__	当前行号(%d)
__FUNCTION__或者__func__	当前所在函数名(%s)
__DATE__	文件创建的日期(%s)
__TIME__	文件创建的时间(%s)

自定义的宏

用户可以使用预处理指令#define自定义宏。
hello.c

hello.i

预处理器处理宏的方式：直接替换。没有被使用的宏将被直接舍弃。

处理头文件包含

hello.h

hello.c

hello.i

预处理器处理头文件包含的方式：直接在#include的位置展开头文件的内容。

处理条件编译

hello.c

hello.i

预处理器处理条件编译的方式：删除非执行代码，但是保留其占用的位置。