C学习-预处理指令-宏定义、文件包含、条件编译（六）

预处理指令简介

1.C语言在对源程序进行编译之前，会先对一些特殊的预处理指令作解释(比如之前使用的#include文件包含指令)，产生一个新的源程序(这个过程称为编译预处理),之后再进行通常的编译

2.为了区分预处理指令和一般的C语句，所有预处理指令都以符号"#"开头，并且结尾不用分号

3.预处理指令可以出现在程序的任何位置，它的作用范围是从它出现的位置到文件尾。习惯上我们尽可能将预处理指令写在源程序开头，这种情况下，它的作用范围就是整个源程序文件

4.C语言提供的预处理指令主要有：宏定义、文件包含、条件编译

这一讲先介绍一下宏定义，宏定义可以分为2种：不带参数的宏定义 和 带参数的宏定义。

一、宏定义

1、不带参数的宏定义

1.1 一般形式

#define 宏名 字符串

比如#define ABC 10

右边的字符串也可以省略，比如#define ABC

1.2 作用

它的作用是在编译预处理时，将源程序中所有"宏名"替换成右边的"字符串"，常用来定义常量。

接下来写个程序根据圆的半径计算周长

1 #include <stdio.h>
 2 
 3 // 源程序中所有的宏名PI在编译预处理的时候都会被3.14所代替
 4 #define PI 3.14
 5 
 6 // 根据圆的半径计radius算周长
 7 float girth(float radius) {
 8     return 2 * PI *radius;
 9 }
10 
11 int main ()
12 {
13     float g = girth(2);
14     
15     printf("周长为：%f", g);
16     return 0;
17 }

在第4行定义了一个叫PI的宏，在编译预处理之后，第8行中的2 PI radius就会变成2 3.14 radius。

输出结果：

1.3 使用习惯与注意

1> 宏名一般用大写字母，以便与变量名区别开来，但用小写也没有语法错误

2> 对程序中用双引号扩起来的字符串内的字符，不进行宏的替换操作。比如：

1 #define R 10
2 int main ()
3 {
4     char *s = "Radio";
5     return 0;
6 }

在第1行定义了一个叫R的宏，但是第4行中"Radio"里面的'R'并不会被替换成10

3> 在编译预处理用字符串替换宏名时，不作语法检查，只是简单的字符串替换。只有在编译的时候才对已经展开宏名的源程序进行语法检查

1 #define I 100
2 int main ()
3 {
4     int i[3] = I;
5     return 0;
6 }

在做编译预处理的时候，不管语法对不对，第4行的I都会被替换为100。不过在编译的时候就会报第4行的错。

4> 宏名的有效范围是从定义位置到文件结束。如果需要终止宏定义的作用域，可以用#undef命令

1 #define PI 3.14
2 /*
3 .
4 .
5 .
6 .
7 */
8 #undef PI

PI这个宏在第1行到第8行之间是有效的，第8行后就无效了

5> 定义一个宏时可以引用已经定义的宏名

#define R  3.0
#define PI 3.14
#define L  2*PI*R
#define S  PI*R*R

2、带参数的宏定义

2.1 一般形式

#define 宏名(参数列表) 字符串

2.2 作用

在编译预处理时，将源程序中所有宏名替换成字符串，并且将 字符串中的参数 用 宏名右边参数列表 中的参数替换

 1 #include <stdio.h>
 2 
 3 #define average(a, b) (a+b)/2
 4 
 5 int main ()
 6 {
 7     int a = average(10, 4);
 8     
 9     printf("平均值：%d", a);
10     return 0;
11 }

第3行中定义了一个带有2个参数的宏average，第7行其实会被替换成：int a = (10 + 4)/2;，输出结果为：
。是不是感觉这个宏有点像函数呢？

2.3 使用注意

1 #define average (a, b) (a+b)/2
2 
3 int main ()
4 {
5     int a = average(10, 4);
6     return 0;
7 }

注意第1行的宏定义，宏名average跟(a, b)之间是有空格的，于是，第5行就变成了这样：

int a = (a, b) (a+b)/2(10, 4);

这个肯定是编译不通过的

2> 带参数的宏在展开时，只作简单的字符和参数的替换，不进行任何计算操作。所以在定义宏时，一般用一个小括号括住字符串的参数。

下面定义一个宏D(a)，作用是返回a的2倍数值：

• 如果定义宏的时候不用小括号括住参数

 1 #include <stdio.h>
 2 
 3 #define D(a) 2*a
 4 
 5 int main ()
 6 {
 7     int b = D(3+4);
 8     
 9     printf("%d", b);
10     return 0;
11 }

第7行将被替换成int b = 2*3+4;，输出结果：10

如果定义宏的时候用小括号括住参数，把上面的第3行改成：

#define D(a) 2*(a)

注意右边的a是有括号的，第7行将被替换成int b = 2*(3+4);，输出结果：14

3> 计算结果最好也用括号括起来

下面定义一个宏P(a)，作用是返回a的平方：

• 如果不用小括号括住计算结果

 1 #include <stdio.h>
 2 
 3 #define Pow(a) (a) * (a)
 4 
 5 int main(int argc, const char * argv[]) {
 6     int b = Pow(10) / Pow(2);
 7     
 8     printf("%d", b);
 9     return 0;
10 }

注意第3行，没有用小括号扩住计算结果，只是括住了参数而已。第6行代码被替换为：

int b = (10) * (10) / (2) * (2);

简化之后：int b = 10 (10 / 2) 2;，最后变量b为：100

• 如果用小括号括住计算结果
  将上面的第3行代码改为：

#define Pow(a) ( (a) * (a) )

那么第6行被替换为：

int b = ( (10) * (10) ) / ( (2) * (2) );

简化之后：int b = (10 * 10) / (2 * 2);，最后输出结果：25。这个才是我们想要的结果。

也就意味着前面的#define average(a, b) (a+b)/2应该写成#define average(a, b) (((a)+(b))/2)

2.5 与函数的区别

从整个使用过程可以发现，带参数的宏定义，在源程序中出现的形式与函数很像。但是两者是有本质区别的：

1> 宏定义不涉及存储空间的分配、参数类型匹配、参数传递、返回值问题

2> 函数调用在程序运行时执行，而宏替换只在编译预处理阶段进行。所以带参数的宏比函数具有更高的执行效率

二、条件编译

条件编译的概念

在很多情况下，我们希望程序的其中一部分代码只有在满足一定条件时才进行编译，否则不参与编译(只有参与编译的代码最终才能被执行)，这就是条件编译。

1、基本用法

#if 条件1
 ...code1...
#elif 条件2
 ...code2...
#else
 ...code3...
#endif

1> 如果条件1成立，那么编译器就会把#if 与 #elif 之间的code1代码编译进去（注意：是编译进去，不是执行，很平时用的if-else是不一样的）

2> 如果条件1不成立、条件2成立，那么编译器就会把#elif 与 #else之间的code2代码编译进去

3> 如果条件1、2都不成立，那么编译器就会把#else 与 #endif之间的code3编译进去

4> 注意，条件编译结束后，要在最后面加一个#endif，不然后果很严重(自己思考一下后果)

5> #if 和 #elif后面的条件一般是判断宏定义而不是判断变量，因为条件编译是在编译之前做的判断，宏定义也是编译之前定义的，而变量是在运行时才产生的、才有使用的意义。

2、举个例子

 1 #include <stdio.h>
 2 
 3 #define MAX 11
 4 
 5 int main ()
 6 {
 7 #if MAX == 0
 8     printf("MAX是0");
 9 #elif MAX > 0
10     printf("MAX大于0");
11 #else
12     printf("MAX小于0");
13 #endif
14     return 0;
15 }

在第3行定义了一个宏MAX，当然在开发中这个MAX可能被定义在其他头文件中，现在只是为了方便演示，就写到main函数上面了。注意第7到第13行的条件编译语句。
由于MAX为11，所以#elif的条件成立，第10行代码将会被编译进去，其实编译预处理后的代码是这样的：

/*stdio.h文件中的内容将会代替#include <stdio.h>的位置*/

int main ()
{
    printf("MAX大于0");
    return 0;
}

代码变得非常简洁，输出结果：

3、其他用法

3.1 #if defined()和#if !defined()的用法

#if 和 #elif后面的条件不仅仅可以用来判断宏的值，还可以判断是否定义过某个宏。比如：

1 #if defined(MAX)
2     ...code...
3 #endif

如果前面已经定义过MAX这个宏，就将code编译进去。它不会管MAX的值是多少，只要定义过MAX，条件就成立。

条件也可以取反：

1 #if !defined(MAX)
2     ...code...
3 #endif

如果前面没有定义过MAX这个宏，就将code编译进去。

3.2 #ifdef和#ifndef的使用

• #ifdef的使用和#if defined()的用法基本一致

1 #ifdef MAX
2     ...code...
3 #endif

如果前面已经定义过MAX这个宏，就将code编译进去。

#ifndef又和#if !defined()的用法基本一致

1 #ifndef MAX
2     ...code...
3 #endif

如果前面没有定义过MAX这个宏，就将code编译进去。

三、文件包含

1、概念

其实我们早就有接触文件包含这个指令了， 就是#include，它可以将一个文件的全部内容拷贝另一个文件中。

2、一般形式

2.1 第1种形式#include　<文件名>

直接到C语言库函数头文件所在的目录中寻找文件

2.2 第2种形式 #include　"文件名"

系统会先在源程序当前目录下寻找，若找不到，再到操作系统的path路径中查找，最后才到C语言库函数头文件所在目录中查找

3、使用注意

1.#include指令允许嵌套包含，比如a.h包含b.h，b.h包含c.h，但是不允许递归包含，比如 a.h 包含 b.h，b.h 包含 a.h。

下面的做法是错误的

2.使用#include指令可能导致多次包含同一个头文件，降低编译效率
比如下面的情况：

在one.h中声明了一个one函数；在two.h中包含了one.h，顺便声明了一个two函数。(这里就不写函数的实现了，也就是函数的定义)

假如我想在main.c中使用one和two两个函数，而且有时候我们并不一定知道two.h中包含了one.h，所以可能会这样做：

编译预处理之后main.c的代码是这样的：

1 void one();
2 void one();
3 void two();
4 int main ()
5 {
6 
7     return 0;
8 }

第1行是由#include "one.h"导致的，第2、3行是由#include "two.h"导致的(因为two.h里面包含了one.h)。可以看出来，one函数被声明了2遍，根本就没有必要，这样会降低编译效率。

为了解决这种重复包含同一个头文件的问题，一般我们会这样写头文件内容：

大致解释一下意思，就拿one.h为例：当我们第一次#include "one.h"时，因为没有定义_ONE_H_，所以第9行的条件成立，接着在第10行定义了_ONE_H_这个宏，然后在13行声明one函数，最后在15行结束条件编译。当第二次#include "one.h"，因为之前已经定义过_ONE_H_这个宏，所以第9行的条件不成立，直接跳到第15行的#endif，结束条件编译。就是这么简单的3句代码，防止了one.h的内容被重复包含。

这样子的话，main.c中的：

#include "one.h"
#include "two.h"

就变成了：

 1 // #include "one.h"
 2 #ifndef _ONE_H_
 3 #define _ONE_H_
 4 
 5 void one();
 6 
 7 #endif
 8 
 9 // #include "two.h"
10 #ifndef _TWO_H_
11 #define _TWO_H_
12 
13 // #include "one.h"
14 #ifndef _ONE_H_
15 #define _ONE_H_
16 
17 void one();
18 
19 #endif
20 
21 void two();
22 
23 #endif

第2~第7行是#include "one.h"导致的，第10~第23行是#include "two.h"导致的。编译预处理之后就变为了：

1 void one();
2 void two();

这才是我们想要的结果

---

注：本文转自李明杰老师的博文。