C 语言中的预处理

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
}