C语言——预处理详解- 惊觉

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前言

本文深入解析C语言中sizeof与strlen的本质区别，结合数组、指针等经典笔试题，剖析其在内存计算与字符串处理中的应用。同时系统讲解预定义符号、#define常量与宏的使用规范，揭示宏参数副作用、运算符优先级及##、#等高级用法，并对比宏与函数的优劣，强调命名约定与#undef、命令行定义等实用技巧，助力读者掌握C语言底层精髓。

文章目录

前言
1. 预定义符号
2. #define 定义常量
3. #define定义宏
4. 带有副作⽤的宏参数
5. 宏替换的规则
6. 宏函数的对⽐
7. #和##
- 7.1 #运算符
- 7.2
8. 命名约定
9. #undef
10. 命令⾏定义
11. 条件编译
结语

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期间处理的。

__FILE__ //进⾏编译的源⽂件
__LINE__ //⽂件当前的⾏号
__DATE__ //⽂件被编译的⽇期
__TIME__ //⽂件被编译的时间
__STDC__ //如果编译器遵循ANSI C，其值为1，否则未定义

举个例子

int main()
{
	printf("file:%s line:%d\n", __FILE__, __LINE__);//当前源文件的路径和文件当前的行号
	return 0;
}

在这里插入图片描述

2. #define 定义常量

基本语法：

#define name stuff

举个例子

#define MAX 1000
#define reg register //为 register这个关键字，创建⼀个简短的名字// register用于建议编译器将变量存储在处理器的寄存器中，以提高访问速度
#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。
// 如果定义的 stuff过⻓，可以分成⼏⾏写，除了最后⼀⾏外，每⾏的后⾯都加⼀个反斜杠(续⾏符)。
#define DEBUG_PRINT printf("file:%s\tline:%d\t \
date:%s\ttime:%s\n" ,\
__FILE__,__LINE__ , \
__DATE__,__TIME__ )

思考：在define定义标识符的时候，要不要在最后加上 ; ?
答案：建议不要
例如：

#define MAX 1000;


if(condition)
max = MAX;  //这里的max的值为 1000；
else
max = 0;

如果是加了分号的情况，等替换后，if和else之间就是2条语句，⽽没有⼤括号的时候，if后边只能有⼀
条语句。这⾥会出现语法错误

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，这种实现通常称为宏（macro）或定义宏（define macro）。
下⾯是宏的申明⽅式：

#define name( parament-list ) stuff

其中的 parament-list 是⼀个由逗号隔开的符号表，它们可能出现在stuff中。
注意：
参数列表的左括号必须与name紧邻，如果两者之间有任何空⽩存在，参数列表就会被解释为stuff的⼀部分。

举例：

#define SQUARE( x )   x * x  //加法宏

这个宏接收⼀个参数 x .如果在上述声明之后，你把 SQUARE( 5 ); 置于程序中，预处理器就会⽤下⾯这个表达式替换上⾯的表达式： 5 * 5

问题代码

#define SQUARE( x )   x * x

int a = 5;
printf("%d\n" ,SQUARE( a + 1) );//替换后的表达式是a + 1 * a + 1

为了更加规范书写,建议在宏定义表达式两边都要加上括号。
例如：

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

提⽰：
所以⽤于对数值表达式进⾏求值的宏定义都应该⽤这种⽅式加上括号，避免在使⽤宏时由于参数中的操作符和邻近操作符之间不可预料的相互作⽤。

4. 带有副作⽤的宏参数

当宏参数在宏的定义中出现超过⼀次的时候，如果参数带有副作⽤，那么你在使⽤这个宏的时候就可能出现危险，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效果。
例如：

x+1;//不带副作⽤
x++;//带有副作⽤

MAX宏可以证明具有副作⽤的参数所引起的问题。

#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？

预处理器处理之后的结果是什么：

z = ( (x++) > (y++) ? (x++) : (y++));

所以输出的结果是：x=6 y=10 z=9

5. 宏替换的规则

在程序中扩展#define定义符号和宏时，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。如果是，它们⾸先被替换。
2. 替换⽂本随后被插⼊到程序中原来⽂本的位置。对于宏，参数名被他们的值所替换。
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。如果是，就重复上述处理过程。
注意：
1.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，不能出现递归。
2. 当预处理器搜索#define定义的符号的时候，字符串常量的内容并不被搜索。

6. 宏函数的对⽐

宏通常被应⽤于执⾏简单的运算。
⽐如在两个数中找出较⼤的⼀个时，写成下⾯的宏，更有优势⼀些。

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

那为什么不⽤函数来完成这个任务？
原因有⼆：
1.⽤于调⽤函数和从函数返回的代码可能⽐实际执⾏这个⼩型计算⼯作所需要的时间更多。所以宏⽐函数在程序的规模和速度⽅⾯更胜⼀筹。
2. 更为重要的是函数的参数必须声明为特定的类型。所以函数只能在类型合适的表达式上使⽤。反之这个宏怎可以适⽤于整形、⻓整型、浮点型等可以⽤于 > 来⽐较的类型。宏的参数是类型⽆关的。
和函数相⽐宏的劣势：
1.每次使⽤宏的时候，⼀份宏定义的代码将插⼊到程序中。除⾮宏⽐较短，否则可能⼤幅度增加程序的⻓度。
3. 宏是没法调试的。
4. 宏由于类型⽆关，也就不够严谨。
5. 宏可能会带来运算符优先级的问题，导致程容易出现错

宏有时候可以做函数做不到的事情。⽐如：宏的参数可以出现类型，但是函数做不到。

#define MALLOC(num, type)\
(type )malloc(num sizeof(type))
...
//使⽤
MALLOC(10, int);//类型作为参数
//预处理器替换之后：
(int *)malloc(10 sizeof(int));

7. #和##

7.1 #运算符

#运算符将宏的⼀个参数转换为字符串字⾯量。它仅允许出现在带参数的宏的替换列表中。
#运算符所执⾏的操作可以理解为”字符串化“。
当我们有⼀个变量 int a = 10; 的时候，我们想打印出： the value of a is 10 .就可以写：

#define PRINT(n) printf("the value of "#n " is %d", n);//这里的n就可以随便替换了

int main()
{
	int a = 10;
	PRINT(a)
	return 0;
}

7.2

##运算符## 可以把位于它两边的符号合成⼀个符号，它允许宏定义从分离的⽂本⽚段创建标识符。 ## 被称为记号粘合
例如

//宏定义
#define GENERIC_MAX(type) \
type type##_max(type x, type y)\
{ \
return (x>y?x:y); \
}

GENERIC_MAX(int) //替换到宏体内后int##_max ⽣成了新的符号 int_max做函数名
GENERIC_MAX(float) //替换到宏体内后float##_max ⽣成了新的符号 float_max做函数名

int main()
{
	//调⽤函数
	int m = int_max(2, 3);
	printf("%d\n", m);
	float fm = float_max(3.5f, 4.5f);
	printf("%f\n", fm);
	return 0;
}

8. 命名约定

⼀般来讲函数和宏的使⽤语法很相似。所以语⾔本⾝没法帮我们区分⼆者。
那我们平时的⼀个习惯是：
把宏名全部⼤写
函数名不要全部⼤写

9. #undef

这条指令⽤于移除⼀个宏定义。

#undef NAME
//如果现存的⼀个名字需要被重新定义，那么它的旧名字⾸先要被移除。

例如

#define MAX 100

int main()
{
#undef MAX//这里取消了，这个宏，所以后面的MAX不可以用了
	int a = 10;
	a = MAX; //这里不可以用
	printf("%d\n", a);
	return 0;
}

10. 命令⾏定义

许多C 的编译器提供了⼀种能⼒，允许在命令⾏中定义符号。⽤于启动编译过程。
例如：当我们根据同⼀个源⽂件要编译出⼀个程序的不同版本的时候，这个特性有点⽤处。（假定某个程序中声明了⼀个某个⻓度的数组，如果机器内存有限，我们需要⼀个很⼩的数组，但是另外⼀个机器内存⼤些，我们需要⼀个数组能够⼤些。）

#include <stdio.h>
int main()
{
	int array[ARRAY_SIZE];
	int i = 0;
	for (i = 0; i < ARRAY_SIZE; i++)
	{
		array[i] = i;
	}
	for (i = 0; i < ARRAY_SIZE; i++)
	{
		printf("%d ", array[i]);
	}
	printf("\n");
	return 0;
}

编译指令：

//linux 环境演⽰
gcc -D ARRAY_SIZE=10 programe.c

11. 条件编译

在编译⼀个程序的时候我们如果要将⼀条语句（⼀组语句）编译或者放弃是很⽅便的。因为我们有条件编译指令。
⽐如说：调试性的代码，删除可惜，保留⼜碍事，所以我们可以选择性的编译。

#include <stdio.h>
#define __DEBUG__
int main()
{
	int i = 0;
	int arr[10] = { 0 };
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		arr[i] = i;
#ifdef __DEBUG__  //__DEBUG__ 为真就执行下一条语句
		printf("%d\n", arr[i]);//为了观察数组是否赋值成功。
#endif //__DEBUG__
	}
	return 0;
}

常⻅的条件编译指令：

1.
#if 常量表达式
//...
#endif

//常量表达式由预处理器求值。
如：
#define __DEBUG__ 1
#if __DEBUG__
//..
#endif

2.多个分⽀的条件编译
#if 常量表达式
//...
#elif 常量表达式
//...
#else
//...
#endif

3.判断是否被定义
#if defined(symbol)
#ifdef symbol
#if !defined(symbol)
#ifndef symbol

4.嵌套指令
#if defined(OS_UNIX)
    #ifdef OPTION1
           unix_version_option1();
    #endif
    #ifdef OPTION2
           unix_version_option2();
    #endif
#elif defined(OS_MSDOS)
     #ifdef OPTION2
            msdos_version_option2();
     #endif
#endif

结语

“别走！你的三连还在我这儿寄存着呢～点赞是门票，投币是VIP，收藏是复活甲，下次更新记得来取哦
完。

转载自 CSDN-专业IT技术社区

原文链接：https://blog.csdn.net/Chen_LSN/article/details/166739026

C语言——预处理详解

前言