深度剖析C语言预处理

致前行的人：

人生像攀登一座山，而找寻出路，却是一种学习的过程，我们应当在这过程中，学习稳定冷静，学习如何从慌乱中找到生机。

 

目录

1.程序翻译过程：

2.字符串宏常量

3.用宏定义充当注释符号

4.用define宏定义表达式

5.宏定义中的空格 

6.宏定义的位置

7.#undef

8.条件编译

8.1条件编译如何使用？

8.2为何要有条件编译?

8.3条件编译都在哪些地方用?

9.文件包含

10.#error 预处理

12.#line 预处理

13.#pragma 预处理

14.#运算符

15.##预算符 

---

1.程序翻译过程：

程序从文本文件到可执行二进制程序需要经历以下四个阶段：

预处理-E ：头文件展开，去注释，宏替换，条件编译
编译-S ： 将干净的C语言，编译成为汇编语言
汇编-c ：将汇编翻译成为目标二进制文件
链接  ：将目标二进制文件与相关库链接，形成可执行程序

本篇重点讲解第一个预处理阶段的所有细节！

2.字符串宏常量

1.字符串没有带双引号，直接报错：

#include<stdio.h>
//#define PATH /user/bin err
#define PATH "/user/bin"
int main()
{printf("%s\n", PATH);return 0;
}

结论：宏定义代表字符串的时候，一定要带上双引号

2.可以用\续行

#include<stdio.h>
#define PATH "/user/bin/\
test.c"
int main()
{printf("%s\n", PATH);return 0;
}

3.用宏定义充当注释符号

//当前，我们用BSC充当C++风格的注释
#define BSC  //
int main()
{BSC printf("hello world\n");return 0;
}

在vs上编译运行，发现是直接报错的： 

切换平台在Linux上做测试：

直接编译运行：发现也是错误的

下面不让程序直接编译运行，而是让程序在预处理完之后就停下来

测试发现并没有报错：

打开预处理完之后生成的文件test.i：

倘若，先执行宏替换，那么先得到的代码应该是

int main()  
{ //将BSC替换成为‘//’// printf("hello world\n");  return 0;  
}

再执行去注释，那么代码最终的样子，应该是

int main()  
{ return 0;    //printf被注释掉
}

并且，最终运行的时候，应该没有输出
但实际上，并非如此
实际上，是先执行去注释，在进行宏替换
先去掉宏后面的//，因为是注释
#define BSC  // //最终宏变成了#define BSC

int main()
{BSC printf("hello world\n"); //因为BSC是空，所以在进行替换之后，就是printf("hello world\n");return 0;
}

结论：预处理期间：先执行去注释，在进行宏替换

4.用define宏定义表达式

1.用#define定义单条语句：

#define SUM(x) (x)+(x)
int main()
{printf("%d\n", SUM(10));return 0;
}

运行截图： 

#define定义的表达式是在预处理阶段完成替换的

2.用#define定义多条语句：

//该宏最大的特征是，替换的不是单个变量/符号/表达式，而是多行代码
#define INIT_VALUE(a,b)\a = 0;\b = 0;
int main()
{int flag = 0;scanf("%d", &flag);int a = 100;int b = 200;printf("before: %d, %d\n", a, b);if (flag)INIT_VALUE(a, b);elseprintf("error!\n");printf("after: %d, %d\n", a, b);return 0;
}

编译运行：直接报错

因为#define是在预处理阶段完成替换的，下面在Linux平台下观察一下预处理完成之后生成的test.i文件：

通过观察上图可以发现，完成宏替换之后if后面跟了多条语句，因为if是没有带{}的，所以只能跟一条语句，当有多条语句时，else就匹配失败，出现报错

解决方法1

在编写的时候带上{}:

#define INIT_VALUE(a,b)\a = 0;\b = 0;
int main()
{int flag = 0;scanf("%d", &flag);int a = 100;int b = 200;printf("before: %d, %d\n", a, b);if (flag){INIT_VALUE(a, b);}elseprintf("error!\n");printf("after: %d, %d\n", a, b);return 0;
}

运行成功：

 解决方法2

在编写宏的时候，用do-while-0的结构定义多条语句：

#define INIT_VALUE(a,b)\
do\
{\a = 0; \b = 0;\
}while(0)
int main()
{int flag = 0;scanf("%d", &flag);int a = 100;int b = 200;printf("before: %d, %d\n", a, b);if (flag)INIT_VALUE(a, b);elseprintf("error!\n");printf("after: %d, %d\n", a, b);return 0;
}

运行截图：

5.宏定义中的空格 

#define INC(a)		a++ //定义时能带空格
int main()
{int i = 0;INC	(i); //使用可以带空格，但是严重不推荐(不要处处显得自己不一样哦)printf("%d\n", i);
}

运行截图：

6.宏定义的位置

1.宏只能在main上面定义吗？

答案是否定的，如图所示：可以在不同文件中定义，在使用的时候只需要包含头文件即可

 2. 在一个源文件内，宏的有效范围是什么?

答案是：在一个源文件内，宏可以在任意的位置定义，包括函数体内部，全局和局部中，但是从定义出往下有效，往上是无效的

如图所示：test.c

#define M 10
int main()
{printf("%d, %d\n", M, N);
#define N 100printf("%d, %d\n", M, N);return 0;
}

test.i:

int main()
{printf("%d, %d\n", 10, N);printf("%d, %d\n", 10, 100);return 0;
}

7.#undef

#undef的作用：

test.c：

#define M 10
int main()
{
#define N 100printf("%d, %d\n", M, N);printf("%d, %d\n", M, N);printf("%d, %d\n", M, N);#undef M //取消M
#undef N //取消Nprintf("%d, %d\n", M, N);printf("%d, %d\n", M, N);printf("%d, %d\n", M, N);return 0;
}

test.i:

int main()
{printf("%d, %d\n", 10, 100);printf("%d, %d\n", 10, 100);printf("%d, %d\n", 10, 100);printf("%d, %d\n", M, N);printf("%d, %d\n", M, N);printf("%d, %d\n", M, N);return 0;
}

结论：undef是取消宏的意思，可以用来限定宏的有效范围。

8.条件编译

8.1条件编译如何使用？

#ifdef - #else - #endif

int main()
{
#ifdef PRINTprintf("hello world!\n");printf("hello byte!\n");
#elseprintf("Non Message!\n");
#endifreturn 0;
}

当前，PRINT并没有被定义,所以输出#else部分的内容

运行截图：

#ifndef - #else - #endif

int main()
{
#ifndef DEBUGprintf("hello debug\n");
#elseprintf("hello release\n");
#endifreturn 0;
}

当前，DEBUG并没有被定义,所以输出#ifndef部分的内容

运行截图：

同样上述代码,使用#if可以有很多中写法，下面是写法大全 

1.单个条件的情况：

#define DEBUG 1
int main()
{
#if DEBUGprintf("hello bit\n");
#endifreturn 0;
}

2.带else的情况：

//报错
//#define DEBUG
//定义了，为假
#define DEBUG 0
//定义了，为真
//#define DEBUG 1
int main()
{
#if DEBUGprintf("hello world\n");
#elseprintf("hello C\n");
#endifreturn 0;
}

3.多条件的情况：

//#define DEBUG 0
//#define DEBUG 1
//#define DEBUG 2
#define DEBUG 3
int main()
{
#if DEBUG==0printf("hello C 0\n");
#elif DEBUG==1printf("hello C 1\n");
#elif DEBUG==2printf("hello C 2\n");
#elseprintf("hello else\n");
#endifreturn 0;
}

4.#if模拟#ifdef:

#define DEBUG
int main()
{
#if defined(DEBUG)printf("hello debug\n");
#elseprintf("hello release\n");
#endifreturn 0;
}

5.#if模拟#ifndef:

int main()
{
#if !defined(DEBUG)printf("hello debug\n");
#elseprintf("hello release\n");
#endifreturn 0;
}

6.其它使用方法：

#define C
#define CPP
int main()
{
#if defined(C) && defined(CPP)printf("hello c && cpp\n");
#elseprintf("hello other\n");
#endifreturn 0;
}

#define C
//#define CPP
int main()
{
#if defined(C) || defined(CPP)printf("hello c&&cpp\n");
#elseprintf("hello other\n");
#endifreturn 0;
}

#define C
#define CPP
int main()
{
#if !(defined(C) || defined(CPP))printf("hello c&&cpp\n");
#elseprintf("hello other\n");
#endifreturn 0;
}

#define C
#define CPP
int main()
{
#if defined(C)
#if defined (CPP)printf("hello CPP\n");
#endifprintf("hello C\n");
#elseprintf("hello other\n");
#endifreturn 0;
}

8.2为何要有条件编译?

本质认识：条件编译，其实就是编译器根据实际情况，对代码进行裁剪。而这里“实际情况”，取决于运行平台，代码本身的业务逻辑等。
可以认为有两个好处：
1. 可以只保留当前最需要的代码逻辑，其他去掉。可以减少生成的代码大小
2. 可以写出跨平台的代码，让一个具体的业务，在不同平台编译的时候，可以有同样的表现

8.3条件编译都在哪些地方用?

举一个例子吧
我们经常听说过，某某版代码是完全版/精简版，某某版代码是商用版/校园版，某某软件是基础版/扩展版等。其实这些软件在公司内部都是项目，而项目本质是有多个源文件构成的。所以，所谓的不同版本，本质其实就是功能的有无，在技术层面上，公司为了好维护，可以维护多种版本，当然，也可以使用条件编译，你想用哪个版本，就使用哪种条件
进行裁剪就行。
著名的Linux内核，功能上，其实也是使用条件编译进行功能裁剪的，来满足不同平台的软件。

9.文件包含

1. 为何所有头文件，都推荐写入下面代码？本质是为什么？

#ifndef XXX
#define XXX//TODO#endif

2. #include究竟干了什么？

形成的.i文件，发现文件大小比我们实际的代码要大得多

结论：#include本质是把头文件中相关内容，直接拷贝至源文件中！

那么，在多文件包含中，有没有可能存在头文件被重复包含，乃至被重复拷贝的问题呢？

#ifndef _TEST_H_
#define _TEST_H_            //注意，这里没有包含<stdio.h>防止信息太多干扰我们
void show();              //任意一个函数声明
#endif

故意包含两次： 

#include"test.h"    
#include"test.h"
int main()
{return 0;
}

去掉条件编译：

void show();          //内容被拷贝第一次
# 2 "test.c" 2
# 1 "test.h" 1
void show();          //内容被拷贝第二次
# 3 "test.c" 2
int main()
{return 0;
}

结论：所有头文件都必须带上条件编译，防止被重复包含！

那么，重复包含一定报错吗？？不会！
重复包含，会引起多次拷贝，主要会影响编译效率！

10.#error 预处理

//#define __cplusplus
int main()
{
#ifndef __cplusplus
#error 不是C++
#endifreturn 0;
}

结论:核心作用是可以进行自定义编译报错。

12.#line 预处理

本质其实是可以定制化你的文件名称和代码行号，很少使用

#include <stdio.h>
int main()
{printf("%s, %d\n", __FILE__, __LINE__); //C预定义符号，代表当前文件名和代码行号
#line 60 "hehe.h"              //定制化完成printf("%s, %d\n", __FILE__, __LINE__);return 0;
}

运行截图：

13.#pragma 预处理

#pragma message()作用：可以用来进行对代码中特定的符号(比如其他宏定义)进行是否存在进行编译时消息提醒

#include <stdio.h>
#define M 10
int main()
{
#ifdef M
#pragma message("M宏已经被定义了")
#endifreturn 0;
}

运行截图：

14.#运算符

首先补充，临近字符串自动连接特性：

int main()
{printf("hello"" world""\n");const char* msg = "hello""bit""\n";printf(msg);return 0;
}

运行截图：

#：可以将数字转换成字符串：

#include<string.h>
#define STR(s) #s
int main()
{char buf[64] = { 0 };strcpy(buf, STR(1234));printf("%s\n", buf);return 0;
}

运行截图：

15.##预算符 

##的作用：将##相连的两个符号，连接成为一个符号

#define CONT(x,n) (x##e##n)
int main()
{printf("%lf\n", CONT(2, 5));计算浮点数科学计数法，相当于2 * (10^5)return 0;
}

运行截图：