C 语言中以 # 开头的就是预处理指令,例如 #include

预处理指令的用途

所有的预处理指令都会在 GCC 编译过程的预处理步骤解析执行,替换为对应的内容。在下一步编译过程中,看不到任何预处理信息,只需要对独立的程序文件进行操作即可。

预处理指令的类型

  • 包含类 #include 头文件

    通过 #include 引入的头文件,会在 GCC 编译过程中的预处理步骤进行展开,替换为完整的头文件内容。
  • 宏定义类 #define 宏名 宏体

    定义的宏在预处理时不进行语法检查,原样替换。等到编译的时候再进行语法检查。宏体如果有多个组成部分时,通常要加括号,防止发生优先级的问题。

    • 宏变量:支持表达式。例如 #define MY_VAR 3+4,使用的时候如果是这样 int i = MY_VAR * 5,会在预处理时替换为 int i = 3+4 * 5,最终得到的 i 是23。而 #define MY_VAR (3+4)则无次问题
    • 宏函数:可以将定义的宏当做函数处理。例如 #define MY_FUN(x) (3+x),使用 int i = MY_FUN(4)*5 得到的 i 是 35。
  • 条件编译 #ifdef #ifndef #else #endif
  • 预定义宏:全部以两个下划线开始和结束,方便调试
    • FILE:文件名
    • FUNCTION:函数名
    • LINE:行号,数值
    • DATE:编译的日期
    • TIME:编译的时刻

例如,对于这个 C 文件:

#include <stdio.h>

int main()
{
printf("file is:%s, function is:%s, line is:%d, %s, %s", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__, __DATE__, __TIME__);
}

执行结果如下:

file is:define.c, function is:main, line is:5, Jan 19 2019, 15:10:57

宏定义

预处理时,会把所有出现宏名的地方自动替换为对应的宏值。

#define 宏名 宏值

宏定义的规则:

  • 宏值中可以有其他宏的名字,预处理时也会被替换,例如:
#define PI 3.14
#define PI2 PI * 2
  • 宏值超过一行时,可以用 \ 换行,例如:
#define PRT printf("%f ", PI); \
printf("%f", PI2)
  • 如果不需要宏值,可以定义无值的宏:
#define DEBUG
  • 预定义宏可以在任何地方直接使用。
  • 宏定义结尾不能加分号 ;,否则会被替换导致异常。

综合示例:

#include <stdio.h>

#define PI 3.14
#define PI2 PI*2
#define PRT printf("%f ", PI); \
printf("%f\n", PI2)
#define MIN(a, b) ((a) < (b) ? (a) : (b)) int main()
{
PRT;
printf("%d", MIN(2+3*5, 666));
}

有参数的宏

可以带一个或多个参数。有参数的宏的原则是:

一切地方都有加括号,放在因为运算的优先级导致异常

  • 整个宏值要加括号
  • 每个参数都有加括号
#include <stdio.h>

#define MIN(a, b) ((a) < (b) ? (a) : (b))
#define FUN1(a) (a * 5)
#define FUN2(a) (a) * 5 int main()
{
printf("%d\n", MIN(2+3*5, 666));
printf("%d\n", FUN1(5 + 6)); //5 + 6 * 5 = 35
printf("%d\n", 100 / FUN2(5)); //100 / 5 * 5 = 100
}

宏定义的优缺点

  • 优点:有参数的宏定义比函数速度快,无参数的宏定义可以在C语言的各个版本中使用。
  • 缺点:无法进行参数类型的检查,可能编译通过但运行时报错。

可以使用 inline 内联函数替代有参数的宏定义,速度快的同时还可以检查参数类型。

对于 C99 之后的版本,可以使用常量定义来代替无参数的宏定义:

const double PI 3.14;

条件预处理

通过条件预处理指令,可以在预处理阶段控制要编译的代码,从而实现条件预编译。对编译器来说这个步骤是透明的,它只需要编译所有它看见的代码即可。例如:

#include <stdio.h>
#define DEBUG int main()
{
#ifdef DEBUG
printf("debug info");// 只有定义了 DEBUG,才会执行这段代码
#endif
printf("hello world\n");
return 0;
}

当然,在文件中直接定义宏的话,每次都有修改源文件,不灵活。GCC 提供了一个指定宏定义的选项 gcc -D,例如 gcc -DDEBUG -o build 1.c 会自动在代码中添加一段定义 DEBUG 的指令 #define DEBUG,这样就可以在上面的源代码中删除 #define DEBUG 这一行了。

预处理中 # 和 ## 的区别

在宏体中(宏名中不可以使用)可以使用一个或两个 # 作为前缀

  • #:字符串化,如果需要向宏方法中传字符串参数时可以使用
  • ##:连接符号,用于连接字符串和变量

示例:

#include <stdio.h>
#define MY1(x) #x //传入的参数转为字符串
#define MY2(x) day##x //传入的参数自动拼接到 day 后面,例如出入1时为 day1 int main()
{
int day1 = 666; printf(MY1(abc\n)); // 打印 abc 字符串后换行
printf("%d", MY2(1));// 打印 666,即变量 day1
}

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