關(guān)于C/C++中的預(yù)處理

本文主要講述C/C++中預(yù)處理命令相關(guān)的內(nèi)容。主要參考資料在后面給出。

我們可以在C源程序中插入傳給編譯程序的各種指令（宏），這些指令被稱為預(yù)處理器指令，它們擴(kuò)充了程序設(shè)計(jì)的環(huán)境。

在將一個(gè)C源程序轉(zhuǎn)換為可執(zhí)行程序的過(guò)程中, 編譯預(yù)處理是最初的步驟. 這一步驟是由預(yù)處理器(preprocessor)來(lái)完成的. 在源程序被編譯器處理之前, 預(yù)處理器首先對(duì)源程序中的"宏(macro)"進(jìn)行處理.

C 初學(xué)者可能對(duì)預(yù)處理器沒(méi)什么概念, 這是情有可原的: 一般的C編譯器都將預(yù)處理, 匯編, 編譯, 連接過(guò)程集成到一起了，編譯預(yù)處理往往在后臺(tái)運(yùn)行。 在有的C編譯器中, 這些過(guò)程統(tǒng)統(tǒng)由一個(gè)單獨(dú)的程序來(lái)完成, 在編譯的不同階段分別實(shí)現(xiàn)這些不同的功能，我們可以指定特定的命令選項(xiàng)來(lái)執(zhí)行這些指定功能。有的C編譯器則使用獨(dú)立的程序來(lái)完成這些步驟. 可單獨(dú)調(diào)用這些程序來(lái)完成特定步驟，比如在 gcc 中, 進(jìn)行編譯預(yù)處理的程序被稱為 CPP , 它的可執(zhí)行文件名為 cpp 。

編譯預(yù)處理命令的語(yǔ)法與C語(yǔ)言的語(yǔ)法是完全獨(dú)立的，比如: 你可以將一個(gè)宏擴(kuò)展為與C語(yǔ)法格格不入的內(nèi)容, 但該內(nèi)容與后面的語(yǔ)句結(jié)合在一個(gè)若能生成合法的C語(yǔ)句, 也是可以正確編譯的。

預(yù)處理命令簡(jiǎn)介

預(yù)處理命令由#(hash字符)開(kāi)頭, 它獨(dú)占一行, #之前只能是空白符. 以#開(kāi)頭的語(yǔ)句就是預(yù)處理命令, 不以#開(kāi)頭的語(yǔ)句為C中的代碼行。

常用的預(yù)處理命令如下:

#define              定義一個(gè)預(yù)處理宏
#undef             取消宏的定義

#if                      編譯預(yù)處理中的條件命令, 相當(dāng)于C語(yǔ)法中的if語(yǔ)句
#ifdef                判斷某個(gè)宏是否被定義, 若已定義, 執(zhí)行隨后的語(yǔ)句
#ifndef             與#ifdef相反, 判斷某個(gè)宏是否未被定義
#elif                  若#if, #ifdef, #ifndef或前面的#elif條件不滿足, 則執(zhí)行#elif之后的語(yǔ)句, 相當(dāng)于C語(yǔ)法中的else-if
#else                與#if, #ifdef, #ifndef對(duì)應(yīng), 若這些條件不滿足, 則執(zhí)行#else之后的語(yǔ)句, 相當(dāng)于C語(yǔ)法中的else
#endif              #if, #ifdef, #ifndef這些條件命令的結(jié)束標(biāo)志.
defined          與#if, #elif配合使用, 判斷某個(gè)宏是否被定義

#include            包含文件命令
#include_next   與#include相似, 但它有著特殊的用途

#line                標(biāo)志該語(yǔ)句所在的行號(hào)
#                      將宏參數(shù)替代為以參數(shù)值為內(nèi)容的字符竄常量
##                   將兩個(gè)相鄰的標(biāo)記(token)連接為一個(gè)單獨(dú)的標(biāo)記
#pragma       說(shuō)明編譯器信息

#warning       顯示編譯警告信息
#error          顯示編譯錯(cuò)誤信息

預(yù)處理的文法

預(yù)處理并不分析整個(gè)源代碼文件, 它只是將源代碼分割成一些標(biāo)記(token), 識(shí)別語(yǔ)句中哪些是C語(yǔ)句, 哪些是預(yù)處理語(yǔ)句。

預(yù)處理器能夠識(shí)別C標(biāo)記, 文件名, 空白符, 文件結(jié)尾標(biāo)志。

預(yù)處理語(yǔ)句格式: #command name(...) token(s)

這里，

  • command 預(yù)處理命令的名稱。

    它之前以 # 開(kāi)頭, #之后緊隨預(yù)處理命令, 標(biāo)準(zhǔn)C允許 # 兩邊可以有空白符, 但比較老的編譯器可能不允許這樣. 若某行中只包含 # (以及空白符), 那么在標(biāo)準(zhǔn)C中該行被理解為空白. 整個(gè)預(yù)處理語(yǔ)句之后只能有空白符或者注釋, 不能有其它內(nèi)容。

  • name 代表宏名稱，它可帶參數(shù)。

    參數(shù)可以是可變參數(shù)列表(C99).

  • token(s) 宏體，將替換宏名稱的語(yǔ)句。

    語(yǔ)句中可以利用 \ 來(lái)?yè)Q行.

e.g.

# define ONE 1 /* ONE == 1 */

等價(jià)于:

#define ONE　１

#define err(flag, msg) if(flag) \
   printf(msg)

等價(jià)于:

#define err(flag, msg) if(flag) printf(msg)

預(yù)處理命令詳述

1、聲明定義

#define

#define 命令定義一個(gè)宏，定義一個(gè)標(biāo)識(shí)符和一個(gè)串（也就是字符集），在源程序中發(fā)現(xiàn)該標(biāo)識(shí)符時(shí)，都用該串替換之。這種標(biāo)識(shí)符稱為宏名字，相應(yīng)的替換稱為宏代換。
一般形式如下：

#define MACRO_NAME(args) tokens(opt)

這種語(yǔ)句不用分號(hào)結(jié)尾。宏名字和串之間可以有多個(gè)空白符，但串開(kāi)始后只能以新行終止。之后出現(xiàn)的 MACRO_NAME 將被替代為所定義的標(biāo)記( tokens ). 宏可帶參數(shù), 而后面的標(biāo)記也是可選的。

對(duì)象宏

不帶參數(shù)的宏被稱為"對(duì)象宏(objectlike macro)"。

#define 經(jīng)常用來(lái)定義常量, 此時(shí)的宏名稱一般為大寫(xiě)的字符串。 這樣利于修改這些常量。
e.g.

#define MAX 100
int a[MAX];

#ifndef __FILE_H__
#define __FILE_H__
#include "file.h"
#endif

這里， #define __FILE_H__ 中的宏就不帶任何參數(shù), 也不擴(kuò)展為任何標(biāo)記. 這經(jīng)常用于包含頭文件.

要調(diào)用宏, 只需在代碼中指定宏名稱, 相應(yīng)宏將被替代為它被定義的內(nèi)容。

例如：我們使用 LEFT 代表1，用 RIGHT 代表0，我們使用兩個(gè) #define 指令：

#define LEFT 1
#define RIGHT 0

每當(dāng)在源程序中遇到 LEFT 或 RIGHT 時(shí)，編譯程序都用1或0替換。

宏代換就是用相關(guān)的串替代標(biāo)識(shí)符。因此，如果希望定義一條標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤信息時(shí)，可以如下定義：

#define ERROR_MS “Standard error on input \n”

如果一個(gè)串長(zhǎng)于一行，可在行尾用反斜線”\”續(xù)行，如下：

#define LONG_STRING “This is a very very long \
String that is used as an example”

函數(shù)宏

帶參數(shù)的宏也被稱為"函數(shù)宏". 利用宏可以提高代碼的運(yùn)行效率: 子程序的調(diào)用需要壓棧出棧, 這一過(guò)程如果過(guò)于頻繁會(huì)耗費(fèi)掉大量的CPU運(yùn)算資源. 所以一些代碼量小但運(yùn)行頻繁的代碼如果采用帶參數(shù)宏來(lái)實(shí)現(xiàn)會(huì)提高代碼的運(yùn)行效率.

  1. 函數(shù)宏的參數(shù)是固定的情況

    函數(shù)宏的定義采用這樣的方式: #define name( args ) tokens

    其中的 args 和 tokens 都是可選的. 它和對(duì)象宏定義上的區(qū)別在于對(duì)象宏名稱之后不帶括號(hào).

    注意： 定義時(shí) ， name 之后的左括號(hào) ( 必須緊跟 name , 之間不能有空格, 否則這就定義了一個(gè)對(duì)象宏, 它將被替換為以 ( 開(kāi)始的字符串；但在 用函數(shù)宏時(shí) , name 與 ( 之間卻可以有空格.

    例如：

    #define mul(x,y) ((x)*(y))

    注意, 函數(shù)宏之后的參數(shù)要用括號(hào)括起來(lái), 看看這個(gè)例子:

    #define mul(x,y) x*y

    mul(1, 2+2); 將被擴(kuò)展為: 1*2 + 2

    同樣, 整個(gè)標(biāo)記串也應(yīng)該用括號(hào)引用起來(lái):

    #define mul(x,y) (x)*(y)

    sizeof mul(1,2.0) 將被擴(kuò)展為 sizeof 1 * 2.0

    調(diào)用函數(shù)宏時(shí)候, 傳遞給它的參數(shù)可以是函數(shù)的返回值, 也可以是任何有意義的語(yǔ)句:
    e.g.

    mul (f(a,b), g(c,d));

    e.g.

    #define insert(stmt) stmt

    這里：

    • insert ( a=1; b=2;) 相當(dāng)于在代碼中加入 a=1; b=2 .
    • insert ( a=1, b=2;) 就有問(wèn)題了: 預(yù)處理器會(huì)提示出錯(cuò): 函數(shù)宏的參數(shù)個(gè)數(shù)不匹配. 預(yù)處理器把","視為參數(shù)間的分隔符.
    • insert ((a=1, b=2;)) 可解決上述問(wèn)題.

    1. 在定義和調(diào)用函數(shù)宏時(shí)候, 要注意一些問(wèn)題

      1. 使用 do-while(0) 解決結(jié)尾 ; 問(wèn)題

        我們經(jīng)常用 {} 來(lái)引用函數(shù)宏被定義的內(nèi)容, 這就要注意調(diào)用這個(gè)函數(shù)宏時(shí)的 ; 問(wèn)題.
        example_3.7:

        #define swap(x,y) { unsigned long _temp=x; x=y; y=_tmp}

        如果這樣調(diào)用它: swap(1,2); 將被擴(kuò)展為: { unsigned long _temp=1; 1=2; 2=_tmp};

        明顯后面的;是多余的, 我們應(yīng)該這樣調(diào)用: swap(1,2)

        雖然這樣的調(diào)用是正確的, 但它和C語(yǔ)法相悖, 可采用下面的方法來(lái)處理被 {} 括起來(lái)的內(nèi)容:

        #define swap(x,y) \
   do { unsigned long _temp=x; x=y; y=_tmp} while (0)

        swap(1,2); 將被替換為: do { unsigned long _temp=1; 1=2; 2=_tmp} while (0);

        在Linux內(nèi)核源代碼中對(duì)這種 do-while(0) 語(yǔ)句有這廣泛的應(yīng)用.

      2. 無(wú)法被 do-while(0) 實(shí)現(xiàn)的宏

        有的函數(shù)宏是無(wú)法用 do-while(0) 來(lái)實(shí)現(xiàn)的, 所以在調(diào)用時(shí)不能帶上 ;, 最好在調(diào)用后添加注釋說(shuō)明。
        eg_3.8:

        #define incr(v, low, high) \
   for ((v) = (low),; (v) <= (high); (v)++)

        只能以這樣的形式被調(diào)用: incr(a, 1, 10) /* increase a form 1 to 10 */

  2. 函數(shù)宏中的參數(shù)包括可變參數(shù)列表的情況

    C99標(biāo)準(zhǔn)中新增了可變參數(shù)列表的內(nèi)容。 不光是函數(shù), 函數(shù)宏中也可以使用可變參數(shù)列表。

    #define name(args, ...) tokens
#define name(...) tokens

    ... 代表可變參數(shù)列表, 如果它不是僅有的參數(shù), 那么它只能出現(xiàn)在參數(shù)列表的最后. 調(diào)用這樣的函數(shù)宏時(shí), 傳遞給它的參數(shù)個(gè)數(shù)要不少于參數(shù)列表中參數(shù)的個(gè)數(shù)(多余的參數(shù)被丟棄)。

    通過(guò) __VA_ARGS__ 來(lái)替換函數(shù)宏中的可變參數(shù)列表. 注意 __VA_ARGS__ 只能用于函數(shù)宏中參數(shù)中包含有 ... 的情況.

    e.g.

    #ifdef DEBUG
#define my_printf(...) fprintf(stderr, __VA_ARGS__)
#else
#define my_printf(...) printf(__VA_ARGS__)
#endif

    tokens 中的 __VA_ARGS__ 被替換為函數(shù)宏定義中的 ... 可變參數(shù)列表。

注意在使用#define時(shí)候的一些常見(jiàn)錯(cuò)誤

#define MAX = 100
#define MAX 100;

=, ; 的使用要值得注意，再就是調(diào)用函數(shù)宏是要注意, 不要多給出 ; 。

注意: 函數(shù)宏對(duì)參數(shù)類型是不敏感的, 你不必考慮將何種數(shù)據(jù)類型傳遞給宏。 那么, 如何構(gòu)建對(duì)參數(shù)類型敏感的宏呢? 參考本章的第九部分, 關(guān)于 ## 的介紹。

關(guān)于定義宏的另外一些問(wèn)題

  1. (1)重復(fù)定義宏

    宏可以被多次定義, 前提是這些定義必須是相同的. 這里的"相同"要求 先后定義中空白符出現(xiàn)的位置相同, 但具體的空白符類型或數(shù)量可不同, 比如原先的空格可替換為多個(gè)其他類型的空白符: 可為tab, 注釋…

    e.g.

    #define NULL 0
#define NULL　/* null pointer */     0

    上面的重定義是相同的, 但下面的重定義不同:

    #define fun(x) x+1
#define fun(x) x + 1 
//或: #define fun(y) y+1

    如果多次定義時(shí), 再次定義的宏內(nèi)容是不同的, gcc 會(huì)給出 NAME redefined 警告信息。

    應(yīng)該避免重新定義函數(shù)宏, 不管是在預(yù)處理命令中還是C語(yǔ)句中, 最好對(duì)某個(gè)對(duì)象只有單一的定義. 在 gcc 中, 若宏出現(xiàn)了重定義, gcc 會(huì)給出警告。

  2. (2) 命令行擴(kuò)展定義

    在 gcc 中, 可在命令行中指定對(duì)象宏的定義:

    e.g.

    $gcc -Wall -DMAX=100 -o tmp tmp.c

    相當(dāng)于在 tmp.c 中添加 #define MAX 100 。

    那么, 如果原先 tmp.c 中含有MAX宏的定義, 那么再在 gcc 調(diào)用命令中使用 -DMAX , 會(huì)出現(xiàn)什么情況呢?

    • 若 -DMAX=1, 則正確編譯.
    • 若 -DMAX 的值被指定為不為1的值, 那么 gcc 會(huì)給出 MAX 宏被重定義的警告, MAX 的值仍為1.

    注意: 若在調(diào)用 gcc 的命令行中不顯示地給出對(duì)象宏的值, 那么 gcc 賦予該宏默認(rèn)值(1), 如: -DVAL == -DVAL=1

  3. (3) 宏定義作用域

    #define 所定義的宏的作用域
    宏在定義之后才生效, 若宏定義被 #undef 取消, 則 #undef 之后該宏無(wú)效. 并且字符串中的宏不會(huì)被識(shí)別

    e.g.

    #define ONE 1
sum = ONE + TWO    /* sum = 1 + TWO */
#define TWO 2
sum = ONE + TWO    /* sum = 1 + 2    */
#undef ONE
sum = ONE + TWO    /* sum = ONE + 2 */
char c[] = "TWO"   /* c[] = "TWO", NOT "2"! */

  4. (4) 遞歸嵌套定義

    宏的替換可以是遞歸的, 所以可以嵌套定義宏。也就是說(shuō)，定義一個(gè)宏名字之后，可以在其他宏定義中使用。

    e.g.

    # define ONE NUMBER_1
# define NUMBER_1 1
int a = ONE /* a = 1 */

#define ONE 1
#define TWO ONE+ONE
#define THREE ONE+TWO

#undef

#undef 用來(lái)取消宏定義, 它與 #define 對(duì)立，經(jīng)常用來(lái)刪除前面定義的宏名字。也就是說(shuō)，它“不定義”宏。一般形式為：

#undef macro-name

如夠被取消的宏實(shí)際上沒(méi)有被 #define 所定義, 針對(duì)它的 #undef 并不會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤，當(dāng)一個(gè)宏定義被取消后, 可以再度定義它。

#, ##

預(yù)處理操作符 # 和 ## 主要作用是允許預(yù)處理程序?qū)Ω赌承┨厥馇闆r，多數(shù)程序中并不需要，它們可以在 #define 中使用。

由于經(jīng)常用于對(duì)字符串的預(yù)處理操作, 所以他們也經(jīng)常用于 printf, puts 之類的字符串顯示函數(shù)中。例如：

e.g.

#define TEST(a,b) printf( #a "<" #b "=%d\n", (a)<(b));

# 命令

操作符 # 通常稱為字符串化的操作符，它把其后的串變成用雙引號(hào)包圍的串。用于在宏擴(kuò)展之后將 tokens 轉(zhuǎn)換為以 tokens 為內(nèi)容的字符串常量。

例如：

#include <stdio.h>
#define mkstr(s) #s
int main(void)
{
 printf(mkstr(I like C));
 Return 0;
}

預(yù)處理程序把以下的語(yǔ)句： printf(mkstr(I like C)); 變成 printf(“I like C”);

注意: # 只針對(duì)緊隨其后的 token 有效!

## 命令

操作符 ## 把兩個(gè)標(biāo)記拼在一起，形成一個(gè)新標(biāo)記。用于將它前后的兩個(gè) token 組合在一起轉(zhuǎn)換成以這兩個(gè) token 為內(nèi)容的字符串常量。

#include <stdio.h>
#define concat(a,a) a##b
int main(void)
{
 int xy = 10;
 printf(“%d”,concat(x,y));
 Return 0;
}

預(yù)處理程序把以下語(yǔ)句： printf(“%d”,concat(x,y)); 變成 printf(“%d”,xy);

注意： ## 前后必須要有 token ！

2、條件編譯

若干編譯指令允許程序員有選擇的編譯程序源代碼的不同部分，這種過(guò)程稱為條件編譯。

#if, #elif, #else, #endif

#if, #elif, #else, #endif 允許程序員根據(jù)常數(shù)表達(dá)式的結(jié)果有條件的包圍部分代碼。一般的表達(dá)形式是：

#if 常量表達(dá)式1
   語(yǔ)句...
#elif 常量表達(dá)式2
   語(yǔ)句...
#elif 常量表達(dá)式3
   語(yǔ)句...
...
#else
   語(yǔ)句...
#endif

它們后面所判斷的宏只能是對(duì)象宏. 如果 name 為名的宏未定義, 或者該宏是函數(shù)宏. 那么在 gcc 中使用 -Wundef 選項(xiàng)會(huì)顯示宏未定義的警告信息。

#if

表示“如果”， 其一般形式是：

#if constant-expression
 Statement sequence
#endif

如 #if 后的常數(shù)表達(dá)式為真，則 #if 和 #endif 中間的代碼被編譯，否則忽略該代碼段。 #endif 標(biāo)記 #if 塊的結(jié)束。

#elif 指令

表示“否則，如果”，為多重編譯選擇建立一條 if-else-if （如果-否則-如果鏈）。一般形式如下：

#if expression
 Statement sequence
#elif expression1
 Statement sequence
#elif expression2
 Statement sequence
#elif expression
 Statement sequence
#endif

如果 #if 表達(dá)式為真，該代碼塊被編譯，不測(cè)試其他 #elif 表達(dá)式。否則，序列中的下一塊被測(cè)試，如果成功則編譯之。

#else 指令

作用與C語(yǔ)言的 else 相似， #if 指令失敗時(shí)它可以作為備選指令。例如：

#include <stdio.h>
#define MAX 100

int main(void)
{
 #if MAX>99
 printf(“Compiled for array greater than 99.\n”);
 #else
 printf(“Complied for small array.\n”);
 #endif
 return 0;
}

注意， #else 既是標(biāo)記 #if 塊的結(jié)束，也標(biāo)記 #else 塊的開(kāi)始。因?yàn)槊總€(gè) #if 只能寫(xiě)一個(gè) #endif 匹配。

與代碼中的 if/else 類似

#if 和 #else 分別相當(dāng)于C語(yǔ)句中的 if , else 。它們根據(jù)常量表達(dá)式的值來(lái)判別是否執(zhí)行后面的語(yǔ)句。 #elif 相當(dāng)于C中的 else-if 。使用這些條件編譯命令可以方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)源代碼內(nèi)容的控制。 else 之后不帶常量表達(dá)式, 但若包含了常量表達(dá)式, gcc 只是給出警告信息。

使用它們可以提升代碼的可移植性——針對(duì)不同的平臺(tái)使用執(zhí)行不同的語(yǔ)句. 也經(jīng)常用于大段代碼注釋。

e.g.

#if 0
{
   一大段代碼;
}
#endif

常量表達(dá)式可以是包含宏, 算術(shù)運(yùn)算, 邏輯運(yùn)算等等的合法C常量表達(dá)式, 如果常量表達(dá)式為一個(gè)未定義的宏, 那么它的值被視為0，

#if MACRO_NON_DEFINED == #if 0

在判斷某個(gè)宏是否被定義時(shí), 應(yīng)當(dāng)避免使用#if, 因?yàn)樵摵甑闹悼赡芫褪潜欢x為0。 而應(yīng)當(dāng)使用下面介紹的 #ifdef 或 #ifndef 。

#ifdef, #ifndef, defined

#ifdef, #ifndef, defined 用來(lái)測(cè)試某個(gè)宏是否被定義。

與 #if, #elif, #else 不同, #indef, #ifndef, defined 測(cè)試的宏可以是對(duì)象宏, 也可以是函數(shù)宏。

在 gcc 中使用 -Wundef 選項(xiàng)不會(huì)顯示宏未定義的警告信息。

#ifdef 指令

一般形式如下：

#ifdef macro-name
 Statement sequence
#endif

如果 macro-name 原先已經(jīng)被一個(gè) #define 語(yǔ)句定義，則編譯其中的代碼塊。

#ifndef 指令

一般形式如下：

#ifndef macro-name
 Statement sequence
#endif

如果 macro-name 當(dāng)前未被 #define 語(yǔ)句定義，則編譯其中的代碼塊。

#ifndef 經(jīng)常用于避免頭文件的重復(fù)引用，例如：

#ifndef __FILE_H__
#define __FILE_H__
#include "file.h"
#endif

defined 指令

除 #ifdef 之外，還有另外一種確定是否定義宏名字的方法，即可以將 #if 指令與 defined 指令一起使用。 defined 操作符的一般形式如下：

defined macro-name

若 macro-name 當(dāng)前被定義，則表達(dá)式為真返回1，否則為假返回0。

defined 與 #if, #elif, #else 結(jié)合使用來(lái)判斷宏是否被定義, 乍一看好像它顯得多余, 因?yàn)橐呀?jīng)有了 #ifdef 和 #ifndef ，其實(shí)使用 defined 的一個(gè)原因是，它允許被做為 #ifdef 與 #ifndef , #elif 的判斷條件(如：由 #elif 語(yǔ)句確定宏名字存在)，因此顯得更為靈活。

  1. 與 #ifdef 等價(jià)的判斷

    例如，確定宏 MY 是否定義，可以使用下列兩種預(yù)處理命令之一：

    #if defined MY

    或

    #ifdef MY

  2. 與 #ifndef 等價(jià)的判斷

    也可以在 defined 之前加上感嘆號(hào)”!”來(lái)反轉(zhuǎn)相應(yīng)的條件。例如，只有在DEBUG未定義的情況下才編譯。

    #if !defined DEBUG
 printf(“Final Version!\n”);
#endif

    或

    #ifndef DEBUG
 printf(“Final Version!\n”);
#endif

  3. defined 做為條件語(yǔ)句的判斷

    比如在一條判斷語(yǔ)句中聲明多個(gè)判別條件，如：

    #if defined(VAX) && defined(UNIX) && !defined(DEBUG)

    注：可以沒(méi)有括號(hào)。

結(jié)合 #else / #elif 指令使用

#ifdef / #ifndef 可與 #else / #elif 結(jié)合使用，如下：

#inlucde <stdio.h>
#define T 10
int main(void)
{
 #ifdef t
 printf(“Hi T\n”);
 #else
 printf(“Hi anyone\n”);
 #endif
 #ifndef M
 printf(“M Not Defined\n”);
 #endif
 Return 0;
}

3、文件包含

#include 指令

用于文件包含. 含義是要求編譯程序讀入另一個(gè)源文件。在 #include 命令所在的行不能含有除注釋和空白符之外的其他任何內(nèi)容。一般形式：

#include "headfile"
#include <headfile>
#include 預(yù)處理標(biāo)記

前面兩種形式大家都很熟悉，被讀入文件的名字必須用雙引號(hào)(“”)或一對(duì)尖括號(hào)(<>)包圍，例如：

#include “stdio.h”
#include <stdio.h>

表示都使C編譯程序讀入并編譯頭文件以用于I/O系統(tǒng)庫(kù)函數(shù)。

在 #include 預(yù)處理標(biāo)記 形式中, 預(yù)處理標(biāo)記會(huì)被預(yù)處理器進(jìn)行替換, 替換的結(jié)果必須符合前兩種形式中的某一種。

包含文件中可以包含其他 #include 指令，稱為嵌套包含。允許的最大嵌套深度隨編譯器而變。

被包含文件名用雙引號(hào)或尖括號(hào)包圍決定了對(duì)指定文件的搜索方式。當(dāng)文件名被尖括號(hào)包圍時(shí)，搜索按編譯程序(如 gcc)作者的定義進(jìn)行，一般用于搜索某些專門(mén)放置包含文件的特殊目錄。當(dāng)文件名被雙引號(hào)包圍時(shí)，搜索按編譯程序?qū)崟r(shí)的規(guī)定進(jìn)行，一般搜索當(dāng)前目錄。如未發(fā)現(xiàn)，再按尖括號(hào)包圍時(shí)的辦法重新搜索一次。通常，絕大多數(shù)程序員使用尖括號(hào)包圍標(biāo)準(zhǔn)的頭文件，雙引號(hào)用于包圍與當(dāng)前程序相關(guān)的文件名。

實(shí)際上, 真正被添加的頭文件并不一定就是 #include 中所指定的文件。 #include "headfile"= 包含的頭文件當(dāng)然是同一個(gè)文件, 但 =#include <headfile> 包包含的"系統(tǒng)頭文件"可能是另外的文件. 但這不值得被注意. 感興趣的話可以查看宏擴(kuò)展后到底引入了哪些系統(tǒng)頭文件。

關(guān)于 #include "headfile"和#include <headfile> 的區(qū)別以及如何在 gcc 中包含頭文件的詳細(xì)信息, 具體需要參考GCC相關(guān)的文檔。

#include_next 指令

相對(duì)于 #include, 我們對(duì) #include_next 不太熟悉。 #include_next 僅用于特殊的場(chǎng)合. 它被用于頭文件中(#include 既可用于頭文件中, 又可用于 .c 文件中)來(lái)包含其他的頭文件. 而且包含頭文件的路徑比較特殊: 從當(dāng)前頭文件所在目錄之后的目錄來(lái)搜索頭文件。

比如:

若頭文件的搜索路徑依次為 =A,B,C,D,E=, 而 =#include_next= 所在的當(dāng)前頭文件位于 =B= 目錄, 
那么 =#include_next= 使得預(yù)處理器從 =C,D,E= 目錄來(lái)搜索 =#include_next= 所指定的頭文件。

可參考預(yù)處理命令 cpp 的手冊(cè)進(jìn)一步了解 #include_next 。

4、預(yù)定義宏

標(biāo)準(zhǔn)C中定義了一些對(duì)象宏, 這些宏的名稱以 __ 開(kāi)頭和結(jié)尾, 并且都是大寫(xiě)字符. 這些預(yù)定義宏可以被 #undef, 也可以被重定義。

下面列出一些標(biāo)準(zhǔn)C中常見(jiàn)的預(yù)定義對(duì)象宏(其中也包含gcc自己定義的一些預(yù)定義宏:

__LINE__         當(dāng)前語(yǔ)句所在的行號(hào), 以10進(jìn)制整數(shù)標(biāo)注.
__FILE__         當(dāng)前源文件的文件名, 以字符串常量標(biāo)注.
__DATE__          程序被編譯的日期, 以"Mmm dd yyyy"格式的字符串標(biāo)注.
__TIME__           程序被編譯的時(shí)間, 以"hh:mm:ss"格式的字符串標(biāo)注, 該時(shí)間由asctime返回.

__STDC__           如果當(dāng)前編譯器符合ISO標(biāo)準(zhǔn), 那么該宏的值為1
__STDC_VERSION__   如果當(dāng)前編譯器符合C89, 那么它被定義為199409L, 如果符合C99, 那么被定義為199901L.
                   我用gcc, 如果不指定-std=c99, 其他情況都給出__STDC_VERSION__未定義的錯(cuò)誤信息, 咋回事呢?
__STDC_HOSTED__     如果當(dāng)前系統(tǒng)是"本地系統(tǒng)(hosted)", 那么它被定義為1. 本地系統(tǒng)表示當(dāng)前系統(tǒng)擁有完整的標(biāo)準(zhǔn)C庫(kù).

另外， gcc 定義的預(yù)定義宏:

__OPTMIZE__         如果編譯過(guò)程中使用了優(yōu)化, 那么該宏被定義為1.
__OPTMIZE_SIZE__   同上, 但僅在優(yōu)化是針對(duì)代碼大小而非速度時(shí)才被定義為1.
__VERSION__         顯示所用gcc的版本號(hào).

具體可參考 GCC the complete reference 。

要想看到 gcc 所定義的所有預(yù)定義宏, 可以運(yùn)行:

$cpp -dM /dev/null

5、擴(kuò)展控制

#line

#line 指令用來(lái)修改 __LINE__ 和 __FILE__ 的內(nèi)容。前面介紹了， __LINE__和__FILE__ 都是編譯程序中預(yù)定義的標(biāo)識(shí)符。標(biāo)識(shí)符 __LINE__ 的內(nèi)容是當(dāng)前被編譯代碼行的行號(hào)，=__FILE__= 的內(nèi)容是當(dāng)前被編譯源文件的文件名。 #line 的一般形式是：

#line number “filename”

其中， number 是正整數(shù)并變成 __LINE__ 的新值；可選的 filename 是合法文件標(biāo)識(shí)符并變成 __FILE__ 的新值。 #line 主要用于調(diào)試和特殊應(yīng)用。

常見(jiàn)的使用：

printf("line: %d, file: %s\n", __LINE__, __FILE__);
#line 100 "haha"
printf("line: %d, file: %s\n", __LINE__, __FILE__);
printf("line: %d, file: %s\n", __LINE__, __FILE__);

以上代碼，輸出顯示:

line: 34, file: 1.c
line: 100, file: haha
line: 101, file: haha

一個(gè)完整的例子， main.cpp 文件內(nèi)容如下:

 1 #include<iostream>
 2 using std::cout;
 3 using std::cin;
 4 using std::endl;
 5 #line 2 "myfile.h"
 6 int main(int argc, char *argv[])
 7 {
 8     cout<<__LINE__<<":"<<__FILE__<<endl;
 9     return 0;
10 }

上述代碼編譯運(yùn)行輸出如下：

[quietheart@lv-k pre_test]$ ls
main.cpp
[quietheart@lv-k pre_test]$ make main
g++     main.cpp   -o main
[quietheart@lv-k pre_test]$ ls
main  main.cpp
[quietheart@lv-k pre_test]$ ./main 
4:myfile.h

由上面輸出可以看出，

  • __LINE__ 的內(nèi)容變成了相對(duì) #line 宏的內(nèi)容，即 #line 下面的第一行就是 #line 指定的2;
  • 同時(shí) __FILE__ 變成了 #line 指定的 myfile.h 。

#pragma, _Pragma

#pragma 編譯器用來(lái)添加新的預(yù)處理功能或者顯示一些編譯信息. 是編譯程序?qū)崿F(xiàn)時(shí)定義的指令，它允許由此向編譯程序傳入各種指令。

例如：

一個(gè)編譯程序可能具有支持跟蹤程序執(zhí)行的選項(xiàng)，此時(shí)可以用 =#pragma= 語(yǔ)句選擇該功能。

編譯程序忽略其不支持的 #pragma 選項(xiàng)， #pragma 提高C源程序?qū)幾g程序的可移植性。

#pragma 的格式是各編譯器特定的, gcc 的如下:

#pragma GCC name token(s)

#pragma 之后有兩個(gè)部分: GCC 和特定的 pragma name 。

下面分別介紹 gcc 中常用的。

(1) #pragma GCC dependency

dependency 測(cè)試當(dāng)前文件(既該語(yǔ)句所在的程序代碼)與指定文件(既 #pragma 語(yǔ)句最后列出的文件)的時(shí)間戳。 如果指定文件比當(dāng)前文件新, 則給出警告信息。

e.g. 在 demo.c 中給出這樣一句:

#pragma GCC dependency "temp-file"

然后在 demo.c 所在的目錄新建一個(gè)更新的文件:

$touch temp-file

編譯:

$gcc demo.c

會(huì)給出這樣的警告信息: warning: current file is older than temp-file

如果當(dāng)前文件比指定的文件新, 則不給出任何警告信息。

還可以在在 #pragma 中給添加自定義的警告信息。

e.g.

#pragma GCC dependency "temp-file" "demo.c needs to be updated!"

可能會(huì)有如下警告

1.c:27:38: warning: extra tokens at end of #pragma directive
1.c:27:38: warning: current file is older than temp-file

注意: 后面新增的警告信息要用""引用起來(lái), 否則 gcc 將給出警告信息。

(2) #pragma GCC poison token(s)

若源代碼中出現(xiàn)了 #pragma 中給出的 token(s) , 則編譯時(shí)顯示警告信息. 它一般用于在調(diào)用你不想使用的函數(shù)時(shí)候給出出錯(cuò)信息。

e.g.

#pragma GCC poison scanf
scanf("%d", &a);

會(huì)輸出如下：

warning: extra tokens at end of #pragma directive
error: attempt to use poisoned "scanf"

注意, 如果調(diào)用了 poison 中給出的標(biāo)記, 那么編譯器會(huì)給出的是出錯(cuò)信息. 關(guān)于第一條警告, 我還不知道怎么避免, 用""將 token(s) 引用起來(lái)也不行.

(3) #pragma GCC system_header

從 #pragma GCC system_header 直到文件結(jié)束之間的代碼會(huì)被編譯器視為系統(tǒng)頭文件之中的代碼. 系統(tǒng)頭文件中的代碼往往不能完全遵循C標(biāo)準(zhǔn), 所以頭文件之中的警告信息往往不顯示. (除非用 #warning 顯式指明)。

(這條 #pragma 語(yǔ)句還沒(méi)發(fā)現(xiàn)用什么大的用處)

_Pragma 實(shí)現(xiàn)將 #pragma 用于宏擴(kuò)展

由于 #pragma 不能用于宏擴(kuò)展, 所以gcc還提供了 _Pragma :

e.g.

#define PRAGMA_DEP #pragma GCC dependency "temp-file"

由于預(yù)處理之時(shí)進(jìn)行一次宏擴(kuò)展, 采用上面的方法會(huì)在編譯時(shí)引發(fā)錯(cuò)誤, 要將 #pragma 語(yǔ)句定義成一個(gè)宏擴(kuò)展, 應(yīng)該使用下面的 _Pragma 語(yǔ)句:

#define PRAGMA_DEP _Pragma("GCC dependency \"temp-file\"")

注意, () 中包含的""引用之前引該加上\轉(zhuǎn)義字符.

#warning, #error

#warning, #error 分別用于在編譯時(shí)顯示警告和錯(cuò)誤信息, 格式如下:

#warning tokens
#error tokens

注意, #error 和 #warning 后的 token 要用""引用起來(lái)!

在 gcc 中,

  • 如果給出了 warning , 編譯繼續(xù)進(jìn)行,
  • 但若給出了 error , 則編譯停止，
  • 若在命令行中指定了 -Werror ( gcc 手冊(cè)上意思是將所有 warning 變?yōu)?error ), 即使只有警告信息, 也不編譯.

#warning 指令

e.g.

#warning "some warning"

error 指令

#error 指令強(qiáng)制編譯程序停止編譯，它主要用于程序調(diào)試。 #error 指令的一般形式是：

#error error-message

注意，宏串 error-message 不用雙引號(hào)包圍。遇到 #error 指令時(shí)，錯(cuò)誤信息被顯示，可能同時(shí)還顯示編譯程序作者預(yù)先定義的其他內(nèi)容。

例如 main.cpp 文件內(nèi)容如下：

 1 #include<iostream>
 2 using std::cout;
 3 using std::cin;
 4 using std::endl;
 5 #ifdef MMM
 6 #error myerror //如果執(zhí)行了這個(gè)就會(huì)阻止編譯通過(guò)
 7 #endif
 8 int main(int argc, char *argv[])
 9 {
10     cout<<"hello world!"<<endl;
11     return 0;
12 }

編譯過(guò)程如下：

[quietheart@lv-k pre_test]$ ls
main.cpp
[quietheart@lv-k pre_test]$ make CXXFLAGS+=-DMMM pre_error
g++ -DMMM    pre_error.cpp   -o pre_error
pre_error.cpp:6:2: error: #error myerror
 #error myerror //如果執(zhí)行了這個(gè)就會(huì)阻止編譯通過(guò)
  ^~~~~
<內(nèi)置>: recipe for target 'pre_error' failed
make: *** [pre_error] Error 1
[quietheart@lv-k pre_test]$ ls
main.cpp
[quietheart@lv-k pre_test]$ make main
g++     main.cpp   -o main
[quietheart@lv-k pre_test]$ ls
main  main.cpp
[quietheart@lv-k pre_test]$ ./main 
hello world!

C語(yǔ)言常用宏定義

這里給出C語(yǔ)言中一些常用的宏定義。

01: 防止一個(gè)頭文件被重復(fù)包含

#ifndef COMDEF_H
#define COMDEF_H
//頭文件內(nèi)容
#endif

02: 重新定義一些類型,防止由于各種平臺(tái)和編譯器的不同,而產(chǎn)生的類型字節(jié)數(shù)差異,方便移植。

typedef  unsigned char      boolean;     /* Boolean value type. */
typedef  unsigned long int  uint32;      /* Unsigned 32 bit value */
typedef  unsigned short     uint16;      /* Unsigned 16 bit value */
typedef  unsigned char      uint8;       /* Unsigned 8  bit value */
typedef  signed long int    int32;       /* Signed 32 bit value */
typedef  signed short       int16;       /* Signed 16 bit value */
typedef  signed char        int8;        /* Signed 8  bit value */

//下面的不建議使用
typedef  unsigned char     byte;         /* Unsigned 8  bit value type. */
typedef  unsigned short    word;         /* Unsinged 16 bit value type. */
typedef  unsigned long     dword;        /* Unsigned 32 bit value type. */
typedef  unsigned char     uint1;        /* Unsigned 8  bit value type. */
typedef  unsigned short    uint2;        /* Unsigned 16 bit value type. */
typedef  unsigned long     uint4;        /* Unsigned 32 bit value type. */
typedef  signed char       int1;         /* Signed 8  bit value type. */
typedef  signed short      int2;         /* Signed 16 bit value type. */
typedef  long int          int4;         /* Signed 32 bit value type. */
typedef  signed long       sint31;       /* Signed 32 bit value */
typedef  signed short      sint15;       /* Signed 16 bit value */
typedef  signed char       sint7;        /* Signed 8  bit value */

03: 得到指定地址上的一個(gè)字節(jié)或字

#define  MEM_B(x) (*((byte *)(x)))
#define  MEM_W(x) (*((word *)(x)))

04: 求最大值和最小值

#define  MAX(x,y) (((x)>(y)) ? (x) : (y))
#define  MIN(x,y) (((x) < (y)) ? (x) : (y))

05: 得到一個(gè)field在結(jié)構(gòu)體(struct)中的偏移量

#define FPOS(type,field) ((dword)&((type *)0)->field)

06: 得到一個(gè)結(jié)構(gòu)體中field所占用的字節(jié)數(shù)

#define FSIZ(type,field) sizeof(((type *)0)->field)

07: 按照LSB格式把兩個(gè)字節(jié)轉(zhuǎn)化為一個(gè)Word

#define FLIPW(ray) ((((word)(ray)[0]) * 256) + (ray)[1])

08: 按照LSB格式把一個(gè)Word轉(zhuǎn)化為兩個(gè)字節(jié)

#define FLOPW(ray,val) (ray)[0] = ((val)/256); (ray)[1] = ((val) & 0xFF)

09: 得到一個(gè)變量的地址（word寬度）

#define B_PTR(var)  ((byte *) (void *) &(var))
#define W_PTR(var)  ((word *) (void *) &(var))

10: 得到一個(gè)字的高位和低位字節(jié)

#define WORD_LO(xxx)  ((byte) ((word)(xxx) & 255))
#define WORD_HI(xxx)  ((byte) ((word)(xxx) >> 8))

11: 返回一個(gè)比X大的最接近的8的倍數(shù)

#define RND8(x) ((((x) + 7)/8) * 8)

12: 將一個(gè)字母轉(zhuǎn)換為大寫(xiě)

#define UPCASE(c) (((c)>='a' && (c) <= 'z') ? ((c) - 0x20) : (c))

13: 判斷字符是不是10進(jìn)值的數(shù)字

#define  DECCHK(c) ((c)>='0' && (c)<='9')

14: 判斷字符是不是16進(jìn)值的數(shù)字

#define HEXCHK(c) (((c) >= '0' && (c)<='9') ((c)>='A' && (c)<= 'F') \
((c)>='a' && (c)<='f'))

15: 防止溢出的一個(gè)方法

#define INC_SAT(val) (val=((val)+1>(val)) ? (val)+1 : (val))

16: 返回?cái)?shù)組元素的個(gè)數(shù)

#define ARR_SIZE(a)  (sizeof((a))/sizeof((a[0])))

17: 返回一個(gè)無(wú)符號(hào)數(shù)n尾的值MOD_BY_POWER_OF_TWO(X,n)=X%(2^n)

#define MOD_BY_POWER_OF_TWO( val, mod_by ) ((dword)(val) & (dword)((mod_by)-1))

18: 對(duì)于IO空間映射在存儲(chǔ)空間的結(jié)構(gòu),輸入輸出處理

#define inp(port) (*((volatile byte *)(port)))
#define inpw(port) (*((volatile word *)(port)))
#define inpdw(port) (*((volatile dword *)(port)))
#define outp(port,val) (*((volatile byte *)(port))=((byte)(val)))
#define outpw(port, val) (*((volatile word *)(port))=((word)(val)))
#define outpdw(port, val) (*((volatile dword *)(port))=((dword)(val)))

19: 使用一些宏跟蹤調(diào)試

ANSI標(biāo)準(zhǔn)說(shuō)明了五個(gè)預(yù)定義的宏名。它們是：

__LINE__
__FILE__
__DATE__
__TIME__
__STDC__

C++中還定義了 __cplusplus

如果編譯器不是標(biāo)準(zhǔn)的,則可能僅支持以上宏名中的幾個(gè),或根本不支持。記住編譯程序也許還提供其它預(yù)定義的宏名。

__LINE__ 及 __FILE__ 宏指示，#line指令可以改變它的值，簡(jiǎn)單的講，編譯時(shí)，它們包含程序的當(dāng)前行數(shù)和文件名。
__DATE__ 宏指令含有形式為月/日/年的串,表示源文件被翻譯到代碼時(shí)的日期。
__TIME__ 宏指令包含程序編譯的時(shí)間。時(shí)間用字符串表示，其形式為： 分：秒
__STDC__ 宏指令的意義是編譯時(shí)定義的。一般來(lái)講，如果__STDC__已經(jīng)定義，編譯器將僅接受不包含任何非標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展的標(biāo)準(zhǔn)C/C++代碼。如果實(shí)現(xiàn)是標(biāo)準(zhǔn)的,則宏__STDC__含有十進(jìn)制常量1。如果它含有任何其它數(shù),則實(shí)現(xiàn)是非標(biāo)準(zhǔn)的。
__cplusplus 與標(biāo)準(zhǔn)c++一致的編譯器把它定義為一個(gè)包含至少6為的數(shù)值。與標(biāo)準(zhǔn)c++不一致的編譯器將使用具有5位或更少的數(shù)值。

可以定義宏,例如:當(dāng)定義了 _DEBUG ,輸出數(shù)據(jù)信息和所在文件所在行

#ifdef _DEBUG
#define DEBUGMSG(msg,date) printf(msg);printf(“%d%d%d”,date,_LINE_,_FILE_)
#else
#define DEBUGMSG(msg,date)
#endif

20：宏定義防止錯(cuò)誤使用小括號(hào)包含。

例如：
有問(wèn)題的定義：

#define DUMP_WRITE(addr,nr) {memcpy(bufp,addr,nr); bufp += nr;}

應(yīng)該使用的定義：

#difne DO(a,b) do{a+b;a++;}while(0)

例如：

if(addr)
    DUMP_WRITE(addr,nr);
else
    do_somethong_else();

宏展開(kāi)以后變成這樣:

if(addr)
    {memcpy(bufp,addr,nr); bufp += nr;};
else
    do_something_else();

其它

主要參考：

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