#include <stdio.h>

//声明但不实现
int add(int a, int b);
int sub(int a, int b);

int main(){
    printf("1+2=%d",add(1,2));
    printf("18-9=%d",sub(18,9));
    return 0;
}

小张的加法源码 t1.c

int add(int a, int b){
    return a+b;
}

小王的减法源码 t2.c

int sub(int a, int b){
    return a-b;
}

小明写完代码时，发现另两位早就完成了，接下来三人将三份源码放到一起执行编译，这里使用gcc命令编译

gcc t1.c t2.c main.c -o main

多个源文件之间使用空格分隔，执行命令之后生成main.exe可执行程序，运行结果：

1+2=3
18-9=9

整个过程非常清晰，三人只需提前商议好各自编写的函数名和参数即可开干。

使用头文件

上面的例子是比较简单的演示，但当真实项目中，有几十上百的函数要编写时，多人协作就会显得有些混乱，而且声明与实现混合，代码结构也变得冗长。特别是当完成项目之后，我们需要给每个函数编写注释，解释函数的功能和用法时，会变得很麻烦，非常不易于阅读和维护。这时候我们就需要一种被称为头文件的文本文件，来描述函数。

之前我们一直使用别人的头文件，现在自己也来做一份头文件，创建calculate.h文件，并将函数声明都挪到头文件中

/* 加法函数 */
int add(int a, int b);

/* 减法函数 */
int sub(int a, int b);

这时main.c源文件就变得更简单清晰了

#include <stdio.h>
#include "calculate.h"  //包含头文件

int main(){
    printf("1+2=%d\n",add(1,2));
    printf("18-9=%d\n",sub(18,9));
    return 0;
}

再次执行命令编译，成功！

gcc t1.c t2.c main.c -o main

这里有几点需要注意

头文件和.c源文件放到一个文件夹下
我们自己本地的头文件，在包含时应当写英文双引号，而不是尖括号

有了头文件以后，我们的声明都可以放到头文件中，然后在源码文件的顶部去包含它。这就是将声明和实现分离，声明单独放一个文件，实现放在源码文件中。这种开发模式，就是模块化开发，也被人称为面向接口的开发。

试想一下，在多人开发之前，大家只要协商好头文件，后面就只需要对照着头文件去写代码，省了很多事。开发完成后，将源代码编译，这时候头文件就相当于一份功能说明书，可以很方便的将二进制和头文件一同发布。

关于头文件的总结

以上例子是演示完了，但细心的朋友会发现，这里还遗留了一些问题。

头文件到底是什么？
头文件一定要和源代码放在一起吗？
在包含头文件时，<>和""到底有什么区别？

首先回答第一个问题，头文件实际上并不是什么特殊的东西，它仅是一个普通的文本文件，它也可以是任意后缀名的文本文件。例如，我们将calculate.h文件改为calculate.txt，包含时使用#include "calculate.txt"，再次使用gcc t1.c t2.c main.c -o main编译，完全没有任何问题。

第二个问题，头文件是可以放置到本机的任意文件夹下的。但一定要学会如何处理头文件路径问题。当我们想将头文件和C语言源文件放在同一根路径下时，为了方便查看，可以单独为头文件再创建一个目录，例如创建一个head目录，将头文件移入，则需要使用相对路径包含的写法#include "head/calculate.h"。

当头文件和源代码不在同一级目录下时，则可以为其指定绝对路径，这时又有两种方法。首先将头文件移入到其他盘的任意目录

gcc参数指定头文件目录。这里使用-I后面紧跟路径的写法。注意I和路径之间没有空格
```
gcc t1.c t2.c main.c -o main -ID:\workspace\head
```
配置环境变量C_INCLUDE_PATH。这里是设置地临时环境变量
```
set C_INCLUDE_PATH=D:\workspace\head
gcc t1.c t2.c main.c -o main
```

最后说一下包含头文件时<>和""的区别。关于这个区别，很多资料和教材的说法都是错误的。大多解释为尖括号用来包含标准库的头文件，双引号包含自己写的头文件。这只是很肤浅的表面现象。实际上两者的区别仅仅是参照物的区别，更简单的说就是路径的区别，和是不是标准库头文件或自定义头文件没有关联。这一点很重要，特别是在自己编写或修改开源库构建脚本，编译大型C语言工程时。

当我们的头文件和源文件在同一级目录时，这时候的头文件路径是以源文件（.c文件）路径为参照物的，因此当使用双引号来包含；当我们的头文件和源文件不在同一级目录下时，且使用上述两种方式之一指定了头文件路径，那么使用<>或""来包含头文件都可以

验证，将#include "calculate.h" 改为#include <calculate.h>，使用命令编译

gcc t1.c t2.c main.c -ID:\workspace\head -o main

我们指定了头文件路径，编译成功。这里我们的calculate.h明显不是所谓的标准库头文件，但是编译运行没问题，说明尖括号包含头文件，只和路径有关，与是不是标准库无关，因此看到尖括号包含的头文件时，不要想当然的认为这个头文件是标准库的，特别是在处理库移植的时候。

预处理

所谓预处理，就是在办正事之前做一点准备工作。预处理指令都是以#号开头的，这一点很好辨认。

在之前，我们已经了解过了#include、#define这两个指令，实际上预处理指令并不是C语言词法的一部分，它仅仅是写给编译器看的，让编译器在正式编译之前，先帮我们做点小事情。

学习预处理最好的方法，就是将C语言的预处理-编译-汇编-链接四个阶段拆开，分步进行，这时候正好体现出使用gcc命令行学习C语言的优势。

首先为了简单，先去除标准库的头文件包含，代码如下

#include "calculate.h"  //包含头文件

int main(){
    printf("1+2=%d\n",add(1,2));
    printf("18-9=%d\n",sub(18,9));
    return 0;
}

使用gcc进行预处理，这里加-E参数预处理，-o指定生成的文件名

gcc -E main.c -o main.i

执行命令后，生成了预处理之后的源文件main.i

# 1 "main.c"
# 1 "<built-in>"
# 1 "<command-line>"
# 1 "main.c"

# 1 "D:\\workspace\\head/calculate.h" 1 3

# 3 "D:\\workspace\\head/calculate.h" 3
int add(int a, int b);


int sub(int a, int b);
# 3 "main.c" 2

# 5 "main.c"
int main(){
    printf("1+2=%d\n",add(1,2));
    printf("18-9=%d\n",sub(18,9));
    return 0;
}

这个文件很简单，只是将calculate.h中的声明都复制到了当前的源文件中来。到现在就很容易理解预处理指令#include了吧，就是在正式编译代码之前，帮我们把头文件中的声明拷贝到源文件中，这说明C语言中，那些声明最终还是必须得写到源文件中的。这件事被称为声明展开

预编译完成之后，接下来需要汇编了，不过我们得先把<stdio.h>头文件加回来，重新预编译一次，加了<stdio.h>之后，main.i变得很大，这是因为<stdio.h>里的声明太多了。

编译 -S 生成汇编代码

gcc -S main.i -o main.s
gcc -S t1.c -o t1.s
gcc -S t2.c -o t1.s

汇编 -c 生成机器码，亦称为目标文件。

gcc -c main.s -o main.o
gcc -c t1.s -o t1.o
gcc -c t2.s -o t2.o

这一次我们生成的.o文件就无法阅读了，已经是二进制文件了，但它还不是可执行文件。

链接生成可执行程序main.exe

gcc main.o t1.o t2.o -o main

预处理概述

大多数预处理指令可分为三类

文件包含

使用#include指令包含一个指定文件

宏定义

使用#define指令定义一个宏
使用#undef指令删除一个宏

之前说用#define来定义常量，实际上就是利用宏的预处理，进行字符串替换而已。现在我们就使用gcc命令要验证

编写以下代码main.c

#define PI 3.14

int main(){
    int r = PI *10 + PI*PI;
    return 0;
}

不生成文件了，直接在命令行打印预处理结果

gcc -E main.c

输出：

# 1 "main.c"
# 1 "<built-in>"
# 1 "<command-line>"
# 1 "main.c"


int main(){
    int r = 3.14 *10 + 3.14*3.14;
}

可以很清楚的看到，预处理之后，将所有的PI进行了文本替换。

条件编译

包含#if、#ifdef、ifndef等，使预处理器可以根据条件确定是否将一段文本包含

条件编译就更简单了，修改main.c

#define PI 3.14

int main(){
    int a = 0;
#if 0
    int r = PI *10 + PI*PI;
#endif
	return 0;
}

预编译输出

# 1 "main.c"
# 1 "<built-in>"
# 1 "<command-line>"
# 1 "main.c"


int main(){
    int a = 0;
}

可以看到，当使用条件预处理指令#if时，判断的条件为0，直接就将包裹的代码删除了，实际上在真正的编译之后的程序中，根本就不存在这些内容，等同你从来没写过。

关于预编译指令，需要记住几点

#开头的预处理指令必须顶格写，前面不要有空格
记住三大类预处理指令的特点，#include指令是声明展开，宏定义是文本替换，条件编译是直接删除代码。

预处理的高级使用

在预处理指令中，最复杂的是宏定义。很多人学了C语言，信心满满的要学习一下C语言开源库的代码，结果看过之后如同看天书，瞬间开始怀疑人生，感觉自己学了假的C语言。实际上据我观察，高校教材中的所谓C语言，顶多只能算是C语言的皮毛，连入门都算不上。那么问题到底出在哪呢？

我个人认为，看不懂C语言代码，百分之六十的原因就出在预处理指令的宏上面，可以说，宏是C语言中最灵活，最头疼，最复杂的东西，即使你很熟悉宏，看到宏依然会头大。特别是宏函数，非安全编程范式，代码出了问题也很难查。

说了这么多，在学习宏之前，还是先来看点有意思的东西。

创建头文件replace.h

#define zhengshu int
#define zifuchuan char*
#define fanhui return
#define ruguo if
#define fouze else
#define $ main

编写main.c

#include <stdio.h>
#include "replace.h"

zhengshu $(){
    zifuchuan yijuhua = "this is chinese";
    zhengshu a = 1;
    ruguo (a > 2){
        printf("a>2\n");
    }fouze{
        printf(yijuhua);
    }
    
    fanhui 0;
}

打印结果：

this is chinese

上面的代码完全可以正常编译运行，这虽然是个比较极端的例子，但是说明会玩宏的人，能把C语言玩得谁都不认识！

普通宏

#define 标识符 替换列表
#define PI 3.1514

宏的替换列表可以包括标识符、关键字、数值、字符串常量、操作符等。当预处理器遇到一个宏时，会做一个“标识符”代表“替换列表”的记录，在文件后面，不管标识符在哪出现，都会被替换列表的内容替换。有一点需要注意，定义一个宏时，替换列表允许为空。

带参的宏

也称函数式宏，宏函数。

#define 标识符(a,b,c,...,d) 替换列表
#define MAX(x,y) ((x)>(y)?(x):(y))

如上，预处理器会在后面将所有的MAX(x,y)替换为后面替换列表的内容，其中x、y分别对应后面替换列表中的x、y

关于宏函数的注意事项

max = MAX(i++,j);

如上例，错误的使用宏函数，可能得到预期之外的结果，上例在预处理之后，被替换为如下代码，i会被加两次：

max = ((i++) > (j)?(i++):(j));

关于小括号的注意事项
1、如果宏替换列表中有运算符号，那么必须将整个替换列表放入小括号中
#define TOW_PI (2*3.14)

2、如果宏有参数，那么每个参数在替换列表中出现时，都要放在小括号中
#define MAX(x,y) ((x)>(y)?(x):(y))

运算符
宏定义包含两个专用运算符#和##

# 运算符可以用来字符串化宏函数里的参数，它出现在带参数宏的替换列表中。

#define PRINT_INT(n) printf(#n "=%d\n",n)

PRINT_INT(i/j);
//宏展开为
printf("i/j""=%d\n",i/j)
//等价于（C语言相邻字符串字面量会被合并）
printf("i/j=%d\n",i/j)

## 运算符可以将两个记号（如标识符）粘合在一起。

#define MK_ID(n) i##n

int MK_ID(1),MK_ID(2);
//宏展开后
int i1,i2;

实际代码示例

#define GENERIC_MAX(type)    \
    type type##_max(type x,type y){ \
        return x > y ? x : y;
    }
    
//需要float类型的求最大值函数，则可以如下定义
GENERIC_MAX(float)
//再定义一个int类型的最大值函数，我们可以量产函数了
GENERIC_MAX(int)

//float的宏函数展开为
float float_max(float x,float y){
    return x > y ？ x ： y；
}

这样，就可以使用一个宏函数，生成对各种基本类型数据求最大值的max函数了。

创建包含多条语句的宏

使用do-while编写多条语句宏是一种C语言的技巧。

#define ECHO(s)  \
    do{          \
        gets(s); \
        puts(s); \
    }while(0)  
    
ECHO(str);
//宏展开后
do{gets(str);puts(str);}while(0);

预定义宏
这是编译器预先给我们定义好了的宏，可以直接在代码中使用，例如打印日志时，就可以使用_LINE_宏，将当前代码的行号也输出

宏	简述
_LINE_	当前程序行的行号（十进制整型常量）
_FILE_	当前源文件名（字符串型常量）
_DATE_	编译的日期（表示为Mmm dd yyyy 形式的字符串常量）
_TIME_	编译的时间（hh:mm :ss形式的字符串型常量）
_STDC_	编译器符合C标准，值为1

关于宏的一些总结

使用宏函数，可以减少函数栈的调用，稍微提升一点性能，相当于C++中的内联的概念，在C99中也实现了内联函数的新特性。缺点是宏展开后，增加了编译后的体积大小。
宏参数没有类型检查，缺少安全机制。
宏的替换列表可以包含对其他宏的调用
宏定义的作用范围，直到出现这个宏的文件末尾
宏不能被定义两次，除非新定义与旧定义完全一样
可以使用#undef 标识符取消宏定义，若宏不存在，则该指令没有作用

条件编译

#if和#endif

#define DEBUG 1


/* #if和#endif成对出现，#if后面跟常量表达式，0为false，反之true。当为0时，它们之间的代码在预处理时会被删去 */

#if DEBUG
printf("this is debug!\n");
#endif

需要注意，#if后面的标识符如未被定义过时，则当作值为0处理，因此默认为0时，可以不用定义该宏。

defined运算符

#define DEBUG

#if defined DEBUG
...
#endif

检测其后的标识符是否有定义过，若定义过则返回1，否则返回0

#ifdef和#ifndef
#ifdef指令用于检测一个标识符是否已经被定义为宏，#ifndef则相反，检测一个标识符是否未被定义为宏
```
#ifdef 标识符

/* 它等价于以下指令 */
#if defined 标识符
```
#elif和#else
这两个指令结合#if使用，相当于C语言中的if…else if…else的用法。这两个指令还可以与#ifdef或#ifndef结合使用
```
#if 表达式1
...
#elif 表达式2
...
#else
...
#endif
```

条件编译主要可以用于
1、需要测试调试代码时，打印更多信息，正式发布时则去除这些代码
2、跨平台，跨编译器。对于不同平台，可以包含不同的代码，使用不同的编译器特性
3、屏蔽代码。使用注释符号注释代码时，有一个缺点，注释无法嵌套，即不能注释中间包含注释的代码，使用条件编译则很方便

其他预处理指令

#error 指令
可以用于检查某些编译器属性，当不符合时，提示错误，并终止编译。
```
#error 消息
```

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编程之路从0到1

程序员C语言快速上手——进阶篇（七）

文章目录

进阶语法

模块化编程

多个源文件

使用头文件

关于头文件的总结

预处理

预处理概述

文件包含

宏定义

条件编译

预处理的高级使用

普通宏

带参的宏

条件编译

其他预处理指令

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