C语言的本质（21）——预处理之三：其它预处理特性及总结

C标准规定了几个特殊的宏，在不同的地方使用可以自动展开成不同的值，预编译程序对于在源程序中出现的这些串将用合适的值进行替换。这些宏有下面这些：

__FILE__ 展开为当前源文件的文件名，是一个字符串

__LINE__ 展开为当前代码行的行号，是一个整数

__DATE__ 展开为包含当前日期的字符串

__STDC__ 如果编译器遵循ANSIC标准，它就是个非零值

__TIME__ 展开为包含当前时间的字符串

注意：是双下划线，而不是单下划线。

常用的有__FILE__和__LINE__这两个宏在源代码中不同的位置使用会自动取不同的值，显然不是用#define能定义得出来的，它们是编译器内建的特殊的宏。在打印调试信息时打印这两个宏可以给开发者非常有用的提示。

#include<stdio.h>
int main(void)
{
   printf("HelloWorld!\n");
   printf("%s\n",__FILE__);
   printf("%d\n",__LINE__);
   return 0;
}

下面我们自己实现断言assert函数，以理解它的原理。

/* assert.h standard header */
#undef assert   /* remove existing definition */

#ifdef NDEBUG
         #defineassert(test) ((void)0)
#else                  /*NDEBUG not defined */
         void_Assert(char *);
         /*macros */
         #define_STR(x) _VAL(x)
         #define_VAL(x) #x
         #defineassert(test) ((test) ? (void)0 \
                   :_Assert(__FILE__ ":" _STR(__LINE__) " " #test))
#endif

C标准规定assert应该实现为宏定义而不是一个真正的函数，并且assert(test)这个表达式的值应该是void类型的。首先用#undef assert确保取消前面对assert的定义，然后分两种情况：如果定义了NDEBUG，那么assert(test)直接定义成一个void类型的值，什么也不做；如果没有定义NDEBUG，则要判断测试条件test是否成立，如果条件成立就什么也不做，如果不成立则调用_Assert函数。假设在main.c文件的第33行调用assert(is_sorted())，那么__FILE__是字符串"main.c"，__LINE__是整数33，#test是字符串"is_sorted()"。注意_STR(__LINE__)的展开过程：首先展开成_VAL(33)，然后进一步展开成字符串"33"。这样，最后_Assert调用的形式是_Assert("main.c"":" "33" " " "is_sorted()")，传给_Assert函数的字符串是"main.c:33is_sorted()"。_Assert函数是我们自己定义的，在另一个源文件中：

/* xassert.c _Assert function */
#include <assert.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

void _Assert(char *mesg)
{                 /*print assertion message and abort */
         fputs(mesg,stderr);
         fputs("-- assertion failed\n", stderr);
         abort();
}

注意，在头文件assert.h中自己定义的内部使用的标识符都以_线开头，例如_STR，_VAL，_Assert，因为我们在模拟C标准库的实现，以_线开头的标识符通常由编译器和C语言库使用，在/usr/include下的头文件中你可以看到大量_线开头的标识符。另外为什么我们不直接在assert的宏定义中调用fputs和abort呢？因为调用这两个函数需要包含stdio.h和stdlib.h，C标准库的头文件应该是相互独立的，一个程序只要包含assert.h就应该能使用assert，而不应该再依赖于别的头文件。_Assert中的fputs向标准错误输出打印错误信息，abort异常终止当前进程。

现在测试一下我们的assert实现，把assert.h和xassert.c和测试代码main.c放在同一个目录下。

/* main.c */
#include "assert.h"

int main(void)
{
         assert(2>3);
         return0;
}

注意#include "assert.h"要用"引号而不要用<>括号，以保证包含的是我们自己写的assert.h而非C标准库的头文件。然后编译运行：

$ gcc main.c xassert.c
$ ./a.out
main.c:6 2>3 -- assertion failed
Aborted

#error指令将使编译器显示一条错误信息，然后停止编译。

#line指令改变_LINE_与_FILE_的内容，它们是在编译程序中预先定义的标识符。

#line举例：

#line 100 //初始化行计数器
#include<stdio.h> //行号100
int main(void)

{
    printf("HelloWorld!\n");
    printf("%d",__LINE__);
    return 0;
}

输出104

#pragma指令没有正式的定义。它预处理指示供编译器实现一些非标准的特性，C标准没有规定#pragma后面应该写什么以及起什么作用，由编译器自己规定。典型的用法是禁止或允许某些烦人的警告信息。有的编译器用#pragma定义一些特殊功能寄存器名，有的编译器用#pragma定位链接地址。如果编译器在代码中碰到不认识的#pragma指示则忽略它，例如gcc的#pragma指示都是#pragma GCC ...这种形式，用别的编译器编译则忽略这些指示。

预处理指令总结：

预处理指令是以#号开头的代码行。#号必须是该行除了任何空白字符外的第一个字符。#后是指令关键字，在关键字和#号之间允许存在任意个数的空白字符。整行语句构成了一条预处理指令，该指令将在编译器进行编译之前对源代码做某些转换。

预处理功能是C语言特有的功能，它是在对源程序正式编译前由预处理程序完成的。程序员在程序中用预处理命令来调用这些功能。

宏定义可以带有参数，宏调用时是以实参代换形参。而不是“值传送”。

为了避免宏代换时发生错误，宏定义中的字符串应加括号，字符串中出现的形式参数两边也应加括号。

文件包含是预处理的一个重要功能，它可用来把多个源文件连接成一个源文件进行编译，结果将生成一个目标文件。

条件编译允许只编译源程序中满足条件的程序段，使生成的目标程序较短，从而减少了内存的开销并提高了程序的效率。

使用预处理功能便于程序的修改、阅读、移植和调试，也便于实现模块化程序设计。