C 预处理

预处理是C语言编译过程的第一个阶段，它主要由预处理器（Preprocessor）完成。

预处理指令以#符号开头，不是C语句，是在编译之前由预处理器处理的命令。

常用预处理指令：#define, #include, #if…#elif…#else…#endif等

1 #define

#define 是C语言预处理器提供的指令，用于定义宏。

宏是一种简单的文本替换机制，在编译前将源代码中的宏名替换为对应的宏值或代码片段。

1）基本语法

#define 宏名 替换文本

宏名： 通常是一个标识符，命名规则与变量相同。

替换文本： 可以是常量、表达式、语句或代码块，用于替换宏名。

2）常量宏

#define PI 3.14159

这是最简单的宏定义，将 PI 定义为一个常量，所有出现 PI 的地方都会被替换为 3.14159。

3）表达式宏

#define SQUARE(x) ((x) * (x))int result = SQUARE(5);  // 编译时会被替换为 int result = ((5) * (5));

这个宏用于计算传入参数的平方，是一个带有表达式的宏。

4）语句宏

#define PRINT_MESSAGE() printf("Hello, World!\n")PRINT_MESSAGE();  // 编译时会被替换为 printf("Hello, World!\n");

这个宏定义了一个打印消息的语句，可以在代码中使用 PRINT_MESSAGE() 来替代实际的 printf 语句。

5）代码块宏

#define MAX(a, b) \({ \typeof(a) _a = (a); \typeof(b) _b = (b); \_a > _b ? _a : _b; \})int max_value = MAX(10, 20);  // 编译时会被替换为 int max_value = ({ typeof(10) _a = (10); typeof(20) _b = (20); _a > _b ? _a : _b; });

这是一个用于获取两个数中较大值的宏，使用了代码块，其中包含了局部变量的定义和比较操作。

6）总结

宏虽然有其用处，但在实际编程中应慎重使用，确保宏的使用不会导致代码可读性下降或产生难以维护的问题。

在实际编程中，尽量使用函数代替宏，以提高代码的可读性和维护性。

2 #include

#include 是C语言预处理器指令之一，用于包含外部文件的内容。

1）基本语法

#include <header_file.h>
#include "header_file.h"

• 尖括号 <>： 用于包含系统提供的头文件，通常是标准C库的头文件。

• 双引号 ""： 用于包含用户自定义的头文件，通常是项目内部的头文件。

• 当使用尖括号 <> 时，编译器通常会在系统的标准头文件目录中搜索头文件。

• 当使用双引号 "" 时，编译器会先在当前源代码文件所在的目录搜索，然后在系统的标准头文件目录中搜索。

2）头文件的作用

头文件是C语言中一种用于组织代码的文件。

头文件中可以包含变量、函数、结构体、宏等的声明和定义。

这样，在其他源文件中，只需要包含头文件就可以使用这些声明和定义，而无需重新编写。

// sample.h// 函数声明
void printMessage();// 宏定义
#define PI 3.14159// 结构体声明
struct Point {int x;int y;
};

3）头文件的保护

为了防止头文件被多次包含，常常在头文件的开头和结尾使用预处理器指令进行保护。

// sample.h
#ifndef SAMPLE_H
#define SAMPLE_H// 头文件内容#endif  // SAMPLE_H

这样，即使同一个头文件被多次包含，也只会在第一次包含时展开。

• #ifndef 和 #endif 之间的部分是头文件的实际内容。
• #ifndef 是条件编译指令，用于判断是否定义了宏 SAMPLE_H，如果未定义，则表示这是第一次包含，执行其中的内容。如果已定义该宏，说明头文件已包含过，不再执行后面内容。
• #define 用于定义宏 SAMPLE_H。
• #endif 表示条件编译结束。

4）示例

// sample.h#ifndef SAMPLE_H
#define SAMPLE_H// 函数声明
void printMessage();// 宏定义
#define PI 3.14159// 结构体声明
struct Point {int x;int y;
};#endif  // SAMPLE_H
// main.c#include <stdio.h>
#include "sample.h"int main() {printMessage();printf("Value of PI: %f\n", PI);struct Point p;p.x = 10;p.y = 20;return 0;
}

上述示例展示了一个简单的头文件，其中包含了函数声明、宏定义和结构体声明。在主程序中使用 #include 引入了这个头文件，使得主程序可以使用头文件中定义的内容。

5）头文件设计原则

包含必要内容： 头文件应该只包含其他源文件需要的声明、定义和结构体等内容，避免将不必要的信息暴露给其他文件。

保持简洁： 头文件应该保持简洁，避免包含过多的内容。过大的头文件可能会导致编译时间的增加。

使用预处理器保护： 使用条件编译指令（#ifndef, #define, #endif）来防止头文件被多次包含。

3 #if、#ifdef、ifndef、#elif、#else、#endif

#if、#ifdef、#ifndef、#elif、#else 和 #endif 是C语言中的预处理指令，用于条件编译。

汇总：

• #if 用于基于条件，来判断是否编译特定的代码块。
• #ifdef 和 #ifndef 分别用于检查一个宏是否已经被定义或尚未被定义。
• #elif 允许在前面的条件不满足时，指定一个新的条件。
• #else 用于在前面的条件不满足时执行另一段代码。
• #endif 用于结束条件编译块，必须与之前的 #if、#ifdef、#ifndef、#elif 或 #else 配对使用。

1）#if 指令

#if 指令用于基于条件判断是否编译特定的代码块。条件为一个常量表达式，如果该表达式为真（非零），则执行后面的代码块。

示例：

#define DEBUG 1#if DEBUGprintf("Debug mode is enabled\n");
#endif

在这个例子中，如果 DEBUG 宏被定义为非零值，就会编译 printf 语句。

2）#ifdef 和 #ifndef 指令

#ifdef（if defined）指令用于检查一个宏是否已经被定义。

#ifndef（if not defined）指令用于检查一个宏是否尚未被定义。

#ifdef MACRO// 如果 MACRO 宏已经被定义，执行这部分代码
#endif#ifndef MACRO// 如果 MACRO 宏尚未被定义，执行这部分代码
#endif

示例：

#define DEBUG#ifdef DEBUGprintf("Debug mode is enabled\n");
#endif

在这个例子中，如果 DEBUG 宏被定义，就会编译 printf 语句。

3）#elif 指令

#elif 指令是 #else 和 #if 的组合，用于指定一个新的条件，如果前面的 #if 或 #elif 条件不满足，且当前条件为真，则执行后面的代码块。

示例：

#define DEBUG_LEVEL 2#if DEBUG_LEVEL == 1printf("Debug level is 1\n");
#elif DEBUG_LEVEL == 2printf("Debug level is 2\n");
#elseprintf("Unknown debug level\n");
#endif

在这个例子中，根据 DEBUG_LEVEL 的值不同，选择性地编译不同的 printf 语句。

4）#else 指令

#else 指令用于在前面的条件均不满足时，执行另一段代码。

示例：

#define DEBUG#ifdef DEBUGprintf("Debug mode is enabled\n");
#elseprintf("Debug mode is disabled\n");
#endif

在这个例子中，如果 DEBUG 宏被定义，就会编译第一个 printf 语句，否则编译第二个 printf 语句。

5）#endif 指令

#endif 指令用于结束条件编译块，必须与之前的 #if、#ifdef、#ifndef、#elif 或 #else 配对使用。

示例：

#define DEBUG#ifdef DEBUGprintf("Debug mode is enabled\n");
#elseprintf("Debug mode is disabled\n");
#endif

在这个例子中，#endif 结束了条件编译块。