【C语言】预处理详解（上）

前言

在讲解编译和链接的知识点中，我提到过翻译环境中主要由编译和链接两大部分所组成。
其中，编译又包括了预处理、编译和汇编。当时，我只是粗略的讲解预处理的过程，那么本文将会带着大家去领略预处理的各项操作。还有一些预处理的奇葩操作。

1. 预定义符号

C语言设置了一些预定义符号，可以直接使用，预定义符号也是在预处理阶段就被直接替换掉了。

预处理符号：

__FILE__	//意思：进行编译的源文件
__LINE__	//意思：显示该代码语句所在的行数
__DATE__	//意思：文件被编译的日期
__TIME__	//意思：文件被编译的时间
__STDC__	//意思：如果该C编译器完全遵顼ANSI C的标准，则其值为0。否则就是非定义。

演示案例：

2. #define 定义常量

基本语法：

#define name stuff

举个例子：

//#define 定义常量
#define MAX 10000
#define reg register //为register关键字，创建一个简洁的名字。
#define do_forever for(;;) //用更形象的符号来替换一种实现。
#define CASE break;case	//在写case语句的时候自动把break写上。// 如果#define定义的stuff过长，可以分成几行来写，除了最后一行外，
//每行的后面都加上一个反斜杠\（续航符）
#define DEBUG_PRINT printf("file:%s\tline:%d\t\date:%s\ttime:%s\n", \__FILE__,__LINE__ \__DATE__,__TIME__)

思考一个问题：#define定义标识符时，要不要在最后加上;号？
比如：

#define MAX 1000;
#define MAX 1000

我的建议是不要加;号。你别看上面的代码可以正常的运行，但是针对某些特定的应用场景，可能会引发一些难以察觉的错误。

比如下面的例子：

#define MAX 1000;
int main()
{int max = 0;int condition = 1;if(condition)max = MAX;elsemax = 0;
}

上述代码直接运行会报错，而错误的原因是悬空else的问题。因为MAX本身就拥有了一个;号，而我们在代码写的分号会被是作为一个空语句，也就是说，if之后else之前由两条语句。但是如果要在if后里面写多条语句就得有大括号括起来。否则，就会报语法错误。

3. #define定义宏

#define 机制包括了一个规定，允许把参数替换到文本中，这种实现我们通常称为宏或者定义宏。

下面时宏的声明方式：

#define name(parament-list) stuff

其中，parament-list是一个由逗号分隔的符号表，它们可能出现在stuff中。

注意：参数列表的左括号一定要与name紧邻。如果两者之间有空格的话，参数列表就会被编译器解释为stuff中的一部分。

举例：

#define SQUARE(x) x*x

这个宏接受了一个参数x。如果在上述声明过后，把SQUARE(5);置于程序中，与编译器就会用5*5这个表达式来替换SQUARE(5)。

但是，我们写的这一个宏有潜在的隐患。为什么这么说呢？
请看下面的例子：

#include<stdio.h>
#define SQUARE(x) x*x
int main()
{int a = 5;printf("%d\n",SQUARE(a + 1));return 0;
}

哎呦，这里的答案不是36吗，为什么这里会打印出11？

其实，这是直接替换文本的弊端，它是直接替换的。也就是说，先前的printf里的参数变为了
printf("%d",a+1*a+1);

这样说的话就比较清晰了，有替换产生的表达式并没有按照我们的预期顺序进行运算求值。

那我们该怎么修改上述的代码，使其能够得到正确的答案呢？
方法很简单，就是加括号，改变运算符的优先级。

#include<stdio.h>
#define SQUARE(x) (x)*(x)
int main()
{int a = 5;printf("%d\n",SQUARE(a + 1));return 0;
}

这样就达到了预期的效果了。

为了巩固大家加括号的意识，我再举一个例子。
这里还有一个宏定义：

#define DOUBLE(x) (x) + (x)

在定义中我们为了避免预算符之间的优先级和结合性，我们给其添上了括号，但是这个宏仍然会出现问题。

int a = 5;
printf("%d",10*DOUBLE(a));

这个会打印出什么结果呢？看上去好像是100，但事实上打印的值确是55。

我们发现替换之后：

printf("%d",10*(5)+(5));

乘法运算的优先级高于加法，所以就会出现55.
为了解决这个问题，我们可以这样写：

#define DOUBLE(x) ((x)+(x))

以上两个例子告诉我们，在写宏时，一定不要节省你的括号。

4. 带有副作用的宏参数

什么叫带有副作用？
请大家看下面几段代码：

int a = 5;
int b = 0; 
b = a + 1; //方案1
b = a++; //方案2

在方案1中，a的值仍然为5 。但在方案2中，a的值就变为6了。相信讲到这里你已经有点感觉了。

所谓带有副作用其实就是以修改参与运算变量的值为代价，实现我们要到达的效果。

当宏参数在宏的定义中出现超过一次的情况，如果参数带有副作用，那么你在使用这个宏的时候就有可能出现危险，导致不可预测的后果。副作用就是表达式求值的时候出现的永久性的效果。

这里我们设置一段代码来证明带有副作用的宏参数所引发的问题：

#define MAX(a,b) ((a>b)?(a):(b))
...
x = 5;
y = 8;
z = MAX(x++,y++);
printf("x=%d,y=%d,z=%d\n",x,y,z);//输出的结果是什么？

输出的结果为：x=6,y=10,z=9

5. 宏替换的规则

在程序中扩展使用#define定义符号和宏，需要涉及几个步骤：

1. 在调用宏时，首先对参数进行检查，看看是否包含任何由#define定义的符号。如果有，它们首先被替换。
2. 替换后的文本会被插入到程序中原来文本的位置。对于宏来说，参数名被它们的值所替代。
3. 最后，再次对结果文件进行扫描，看看它是否包含任何由#define定义的符号。如果有则重复上述步骤。

注意：

• 宏参数和#define定义中可以出现其他#define定义的符号。但是对于宏来说，不能出现递归。
• 当预处理器搜索#define定义的符号的时候，字符串常量的内容不在搜索范围。

限于篇幅的原因，本文就像先讲到这里。后续的内容都在预处理详解（下）中，欢迎大家指点一二。💖💖💖