前言

編譯一個(gè)C語(yǔ)言程序涉及很多步驟。其中第一個(gè)步驟被稱為預(yù)處理。C語(yǔ)言的預(yù)處理器在源代碼編譯之前對(duì)其進(jìn)行一些文本性質(zhì)的操作。它的主要任務(wù)包括刪除注釋、插入被#include指令包含的文件內(nèi)容、定義和替換由#define指令定義的符號(hào)，同時(shí)確定代碼的部分內(nèi)容是否應(yīng)該根據(jù)一些條件編譯指令進(jìn)行編譯。

一、預(yù)定義符號(hào)

下表為C語(yǔ)言預(yù)處理器定義的符號(hào)。他們的值有的是字符串常量，有的是十進(jìn)制數(shù)字常量。

二、#define

我們先來(lái)看一下它的用法

#define name stuff

有了這條指令以后，每當(dāng)有符號(hào)name出現(xiàn)在這條指令之后時(shí)，預(yù)處理器就會(huì)把它替換為stuff。

如果定義中的stuff非常長(zhǎng)，那就可以將它分成幾行，除了最后一行，每行的末尾都要加一個(gè)反斜杠，如下面例子所示：

#define DEBUG_PRINT printf("File %s line %d:" \
					"x = %d, y = %d, z = %d, \
					__FILE__, __LINE__, x, y, z)

這里利用了一個(gè)特性：相鄰的字符串常量被自動(dòng)連接為一個(gè)字符串。在調(diào)試一個(gè)存在許多涉及一組變量的不同計(jì)算過(guò)程的程序時(shí)，這種類(lèi)型的聲明非常有用。我們可以很容易的插入一條測(cè)試語(yǔ)句，打印出它們的當(dāng)前值。

x *= 2;
y += x;
z = x * y;
DEBUG_PRINT;

1.宏

#define機(jī)制包括一個(gè)規(guī)定，允許把參數(shù)替換到文本中，這種實(shí)現(xiàn)通常稱為宏（macro）或者定義宏（define macro）。下面是宏的聲明方式：

#define name(parameter-list) stuff

其中，parameter-list（參數(shù)列表）是一個(gè)由逗號(hào)分隔的符號(hào)列表，它們可能出現(xiàn)在stuff 中。參數(shù)列表的左括號(hào)必須與name緊鄰。否則，參數(shù)列表就會(huì)被解釋為stuf的一部分。

當(dāng)宏被調(diào)用時(shí)，名字后面是一個(gè)由逗號(hào)分隔的值的列表，每個(gè)值都與宏定義中的一個(gè)參數(shù)相對(duì)應(yīng)。當(dāng)參數(shù)出現(xiàn)在程序中時(shí)，與每個(gè)參數(shù)對(duì)應(yīng)的實(shí)際值都將會(huì)被替換到stuff中。

例如：

#define SQUARE(x) x*x

SQUARE(5)

當(dāng)這兩條語(yǔ)句位于程序中時(shí)，預(yù)處理器就會(huì)用上面的表達(dá)式替換下面的表達(dá)式，就會(huì)變成：5 * 5。

但是上面這個(gè)宏存在一個(gè)問(wèn)題，請(qǐng)大家觀察下面的代碼：

a = 5;
printf("%d\n", SQUARE(a + 1));

可能我們直觀的覺(jué)得這段代碼將打印36這個(gè)值。但是事實(shí)上，它會(huì)打印11。Why？來(lái)，我們按照宏的規(guī)則做一個(gè)替換，這條語(yǔ)句將變成：

printf("%d\n", a + 1 * a + 1);

發(fā)現(xiàn)問(wèn)題了嗎，這里由替換而產(chǎn)生的表達(dá)式并沒(méi)有按照預(yù)想的次序進(jìn)行求值。所以，我們要對(duì)宏定義的參數(shù)加上括號(hào)，包括stuff整體。這樣就能產(chǎn)生我們預(yù)期的結(jié)果了。

在程序中擴(kuò)展#define定義符號(hào)和宏時(shí)，需要涉及幾個(gè)步驟。

1.在調(diào)用宏時(shí)，首先對(duì)參數(shù)進(jìn)行檢查，看看是否包含任何由#define定義的符號(hào)。如果存在，它們會(huì)首先被替換掉。

2.替換文本隨后被插入到程序中原來(lái)文本的位置。對(duì)于宏，參數(shù)名被它們的值所替代。

3.最后，才氣對(duì)結(jié)果文本進(jìn)行掃描，看看它是否包含了任何由#define定義的符號(hào)。如果是的話，就重復(fù)上述處理過(guò)程。

2.宏與函數(shù)

宏非常頻繁的用于執(zhí)行簡(jiǎn)單的計(jì)算，比如在兩個(gè)表達(dá)式中尋找其中較大的一個(gè)（或較小）：

#define MAX(a, b) ((a) > (b) ? (a) : (b))

這個(gè)功能好像我們也能用函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，那為什么不使用函數(shù)呢？有兩個(gè)原因。首先，用于調(diào)用和從函數(shù)返回的代碼很可能比實(shí)際執(zhí)行這個(gè)小型工作的代碼更大，所以使用宏要比使用函數(shù)在程序中的規(guī)模和速度都更勝一籌。

其次，更為重要的是，函數(shù)的參數(shù)必須聲明為一種特定的類(lèi)型，所以它只能在類(lèi)型合適的表達(dá)式中使用。但是宏是與類(lèi)型無(wú)關(guān)的。

有優(yōu)點(diǎn)就會(huì)有缺點(diǎn)，和使用函數(shù)相比，使用宏的不利之處在于每次使用宏時(shí)，一份宏定義代碼的副本都將會(huì)插入到程序中。除非宏非常短，否則使用宏可能會(huì)大幅度增加程序的長(zhǎng)度。

還有一些任務(wù)無(wú)法用函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，比如下面這個(gè)代碼：

#define MALLOC(n, type) ((type*) malloc ((n) * sizeof(type)))

type是一個(gè)數(shù)據(jù)類(lèi)型，而函數(shù)是無(wú)法將類(lèi)型作為參數(shù)傳遞的。

3.帶副作用的宏參數(shù)

當(dāng)宏參數(shù)在宏定義中出現(xiàn)的次數(shù)吵過(guò)一次時(shí)，如果這個(gè)參數(shù)具有副作用，那么在使用這個(gè)宏時(shí)就可能出現(xiàn)危險(xiǎn)，導(dǎo)致不可預(yù)料的后果。副作用就是在表達(dá)式求值時(shí)出現(xiàn)永久性的后果。如下：

x + 1;

這個(gè)表達(dá)式無(wú)論執(zhí)行幾百次都是一樣的，所以它沒(méi)有副作用。

x++;

但是這個(gè)表達(dá)式就不同了，每次執(zhí)行都會(huì)改變x的值，每一次執(zhí)行都是一個(gè)不同的結(jié)果。所以，這個(gè)表達(dá)式是具有副作用的。我們看下面的例子,你覺(jué)得它會(huì)打印出什么：

#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);

其結(jié)果是： x = 6, y = 10, z = 9。產(chǎn)生這個(gè)結(jié)果的原因是那個(gè)較小的值只增加了一次，而那個(gè)較大的值卻增加了兩次——第一次是在比較的時(shí)候，第二次是在執(zhí)行？后面的表達(dá)式時(shí)。這就是一個(gè)具有副作用的宏參數(shù)，我們?cè)谑褂玫臅r(shí)候一定要注意。

4. 宏和函數(shù)的不同

通過(guò)一個(gè)表格來(lái)分析：

5.#undef

#undef這個(gè)預(yù)處理指令用于移除一個(gè)宏定義：

#undef name

如果現(xiàn)存的名字需要被重新定義，那么首先必須用#undef移除它的舊定義。

三、條件編譯

在編譯一個(gè)程序時(shí)，如果可以翻譯或忽略選定的某條語(yǔ)句或某組語(yǔ)句，會(huì)給我們帶來(lái)極大的便利。而條件編譯（conditional compilation）可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的。使用條件編譯，可以選擇代碼的一部分是被正常編譯還是完全忽略。用于支持條件編譯的基本結(jié)構(gòu)是#if指令和#endif指令。一下是其使用方式：

#if constant-expression
	statements
#endif

#if constant-expression
	statements
#elif constant-expression
	other statements
#else
	other statements
#endif

同時(shí)，條件編譯的另一個(gè)用途是在編譯時(shí)選擇不同的代碼部分。所以#if指令還具有可選的#elif和#else子句。如下：

#if constant-expression
	statements
#elif constant-expression
	other statements
#else
	other statements
#endif

#elif子句出現(xiàn)的次數(shù)可以不限。但是每個(gè)常量表達(dá)式（constant-expression）只有當(dāng)前面所有常量表達(dá)式的值都為假時(shí)才會(huì)被編譯。#else子句中的語(yǔ)句只有當(dāng)前面所有常量表達(dá)式的值都為假時(shí)才會(huì)被編譯。

四、文件包含

#include指令使另一個(gè)文件的內(nèi)容被編譯，就好像它實(shí)際出現(xiàn)在#include指令出現(xiàn)的位置一樣。這種替換執(zhí)行的方式很簡(jiǎn)單：預(yù)處理器刪除這條指令，并用包含文件的內(nèi)容取而代之。如果一個(gè)頭文件被包含到十個(gè)源文件中，那它實(shí)際上被編譯了十次。

1.函數(shù)庫(kù)文件包含

C語(yǔ)言編譯器支持兩種不同類(lèi)型的#include文件包含：函數(shù)庫(kù)文件和本地文件。事實(shí)上，他們之間的區(qū)別很小。

函數(shù)庫(kù)文件的包含使用以下語(yǔ)法：

#include<filename>

對(duì)于filename(文件名)，并沒(méi)有任何的限制，不過(guò)根據(jù)規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)文件以一個(gè).h后綴結(jié)尾。

編譯器通過(guò)觀察由編譯器定義的“一系列標(biāo)準(zhǔn)位置”查找函數(shù)庫(kù)頭文件。你所使用的編譯器文檔會(huì)說(shuō)明這些標(biāo)準(zhǔn)的位置是什么，以及怎樣修改它們或者在列表中添加其他位置。

2.本地文件包含

以下是#include指令的另外一種形式：

#include"filename"

標(biāo)準(zhǔn)允許編譯器自行決定是否把本地形式的#include和函數(shù)庫(kù)形式的#include區(qū)別對(duì)待。可以先對(duì)本地頭文件使用一種特殊的處理方式，如果失敗，編譯器再按照函數(shù)庫(kù)頭文件的處理方式對(duì)待它們進(jìn)行處理。

處理本地頭文件的一種常見(jiàn)策略就是在源文件所在的當(dāng)前目錄進(jìn)行查找，如果該頭文件并未找到，編譯器就像查找函數(shù)庫(kù)頭文件一樣在標(biāo)準(zhǔn)位置查找本地頭文件。

總結(jié)

不要在一個(gè)宏定義的末尾加上分號(hào)，使其成為一條完整語(yǔ)句。在宏定義中使用參數(shù)，不要忘了在其周?chē)由侠ㄌ?hào)。同時(shí)不要忘了在宏定義兩邊加上括號(hào).

本篇文章就到這里了，希望能夠給你帶來(lái)幫助，也希望您能夠多多關(guān)注腳本之家的更多內(nèi)容!

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