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前言：
本章节主要是讲程序环境和预处理，程序环境是什么？什么又是预处理呢？
程序环境：它是一种工具，在标准c的任何一种实现中，存在两个不同的环境。1.是翻译环境，在这个环境中源代码被转换为可执行的机器指令。2.是执行环境，它用于实际执行代码。总的来说它是服务于程序员，为了程序员提供更加灵活的操作。
预处理：我们在程序的编写时，通将会涉及到大量的预处理与条件编译，这样做的好处主要体现在代码的移植性强以及代码的修改方便等方面。当 对一个源文件进行编译时，系统将自动引用预处理程序对源程序中的预处理部分作处理，处理完毕自动进入对源程序的编译。比如一个程序需要在vs2013和gcc上跑，那么我们可以通过预处理进行和条件编译进行判断，如果在在不同环境下使用不同的代码。
程序环境：
编译环境详解
组成一个程序的每个源文件通过编译过程分别转换成目标代码（object code）。
每个目标文件由链接器（linker）捆绑在一起，形成一个单一而完整的可执行程序。
链接器同时也会引入标准C函数库中任何被该程序所用到的函数，而且它可以搜索程序员个人的程序库，将其需要的函数也链接到程序中。
编译和链接详解
1. 预处理 选项gcc -E test.c -o test.i
预处理完成之后就停下来，预处理之后产生的结果都放在test.i文件中。
2. 编译 选项 gcc -S test.c
编译完成之后就停下来，结果保存在test.s中。
词法分析
词法分析阶段是编译过程的第一个阶段。这个阶段的任务是从左到右一个字符一个字符地读入源程序，即对构成源程序的字符流进行扫描然后根据构词规则识别单词(也称单词符号或符号)。
语法分析
语法分析是编译过程的一个逻辑阶段。语法分析的任务是在词法分析的基础上将单词序列组合成各类语法短语，如“程序”，“语句”，“表达式”等等.
语义分析
语义分析是编译过程的一个逻辑阶段.
举例：
3. 汇编 gcc -c test.c
汇编完成之后就停下来，结果保存在test.o中。
形成符号表
链接
合并段表
运行环境
程序执行的过程：
1. 程序必须载入内存中。在有操作系统的环境中：一般这个由操作系统完成。在独立的环境中，程序的载入必须由手工安排，也可能是通过可执行代码置入只读内存来完成。
2. 程序的执行便开始。接着便调用main函数。
3. 开始执行程序代码。这个时候程序将使用一个运行时堆栈（stack），存储函数的局部变量和返回地址。程序同时也可以使用静态（static）内存，存储于静态内存中的变量在程序的整个执行过程一直保留他们的值。
4. 终止程序。正常终止main函数；也有可能是意外终止。
预处理
预定义符号
__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
举例使用
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
int i = 0;
FILE* pf = fopen("log.txt", "w");
if (pf == NULL)
{
perror("fopen");
return EXIT_FAILURE;
//EXIT_SUCCESS;
}
for (i = 0; i < 10; i++)
{
fprintf(pf, "file:%s line=%d date:%s time:%s i=%d\n", __FILE__, __LINE__, __DATE__, __TIME__, i);
}
fclose(pf);
pf = NULL;
return 0;
}
#define
语法：
#define name stuff
提问：
在define定义标识符的时候，要不要在最后加上;?
比如：
#define MAX 1000;
语法错误：
if(condition)
max = MAX;
else
max = 0;
所以建议不要加上;,这样容易导致问题。
#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.
例题演示
例题1
#include <stdio.h>
//#define SQUARE(X) X*X
#define SQUARE(X) ((X)*(X))
int main()
{
int r = SQUARE(5+1);
//int r = ((5 + 1) * (5 + 1));
//int r = 5 + 1 * 5 + 1;//11
printf("%d\n", r);
return 0;
}
例题2
//#define DOUBLE(X) (X)+(X)
#define DOUBLE(X) ((X)+(X))
int main()
{
int r = 10*DOUBLE(3);
//int r = 10 * (3) + (3);//33
//int r = (3 * 2) + (3 * 2);
printf("%d\n", r);//60
return 0;
}
例题3
#define M 100
#define DOUBLE(X) ((X)+(X))
int main()
{
//"M";
//"DOUBLE(3)";
int r=DOUBLE(M+2);
//((100 + 2)+(100 + 2));
printf("%d", r);
return 0;
}总结：
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或邻近操作符之间不可预料的相互作用。
#define 替换规则
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：
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。
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。
#和##
#的作用 ： 把宏参数变为一个字符串
#define PRINT(N) printf("the value of "#N" is %d\n", N)
#define PRINT(N, FORMAT) printf("the value of "#N" is "FORMAT"\n", N)
int main()
{
/*printf("hello world\n");
printf("hello ""world\n");*/
int a = 10;
PRINT(a, "%d");
//PRINT(a);
//printf("the value of ""a"" is %d\n", a);
//print(a);
//printf("the value of a is %d\n", a);
float f = 3.14f;
PRINT(f, "%lf");
//int b = 20;
//PRINT(b);
//printf("the value of ""b"" is %d\n", b);
//print(b);
//printf("the value of b is %d\n", b);
return 0;
}#的作用 ：
##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。
#define CAT(Class, Num) Class##Num
int main()
{
int Class106 = 100;
printf("%d\n", CAT(Class, 106));
//printf("%d\n", Class106);
return 0;
}带副作用的宏参数
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。
x+1;//不带副作用
x++;//带有副作用
例如：
#include <stdio.h>
int main()
{
int a = 2;
int b = a + 1;//1
int b = ++a;//2
return 0;
}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
//z = ( (x++) > (y++) ? (x++) : (y++));
结果：x=6 y=10 z=9
#include <stdio.h>
int main()
{
int a = 5;
int b = 8;
int c = MAX(a++, b++);
//int c = ((a++) > (b++) ? (a++) : (b++));
// 9 5 8 × 9
printf("%d\n", c);//9
printf("%d\n", a);//6
printf("%d\n", b);//10
return 0;
}宏和函数对比
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。
//宏的形式
#define MAX(x,y) ((x)>(y)?(x):(y))
//函数的形式
int Max(int x,int y)
{
return x > y ? x : y;
}
int main()
{
int a = 0;
int b = 20;
int c = 0;
c = MAX(a, b);
c = MAX(a, b);
return 0;
}
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、长整型、浮点型等可以用于> 来比较的类型。
宏是类型无关的 。
宏的缺点：当然和函数相比宏也有劣势的地方：
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长度。
宏是没法调试的。
宏由于类型无关，也就不够严谨。
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))
int main()
{
//使用
int* p2 = MALLOC(10, int);//类型作为参数
//预处理器替换之后：
int* p = (int*)malooc(10 * sizeof(int));
//int* p2 = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
return 0;
}宏和函数的一个对比
| 属 性 |
#define 定义宏 | 函数 |
| 代 码 长 度 |
每次使用时，宏代码都会被插入到程序中。除了非常小的宏之外，程序的长度会大幅度增长 | 函数代码只出现于一个地方；每次使用这个函数时，都调用那个地方的同一份代码 |
| 执 行 速 度 |
更快 | 存在函数的调用和返回的额外开销，所以相对慢一些 |
| 操 作 符 优 先 级 |
宏参数的求值是在所有周围表达式的上下文环境里，除非加上括号，否则邻近操作符的优先级可能会产生不可预料的后果，所以建议宏在书写的时候多些括号。 | 函数参数只在函数调用的时候求值一次，它的结果值传递给函数。表达式的求值结果更容易预测。 |
| 带 有 副 作 用 的 参数 |
参数可能被替换到宏体中的多个位置，所以带有副作用的参数求值可能会产生不可预料的结果。 | 函数参数只在传参的时候求值一次，结果更容易控制。 |
| 参 数 类 型 |
宏的参数与类型无关，只要对参数的操作是合法的，它就可以使用于任何参数类型。 | 函数的参数是与类型有关的，如果参数的类型不同，就需要不同的函数，即使他们执行的任务是 不同的。 |
| 调 试 |
宏是不方便调试的 | 函数是可以逐语句调试的 |
| 递 归 |
宏是不能递归的 | 函数是可以递归的 |
命名约定
一般来讲函数的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
#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。
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不同的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长度的数组，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;
}
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>
int main()
{
int arr[10] = { 0 };
int i = 0;
for (i = 0; i < 10; i++)
{
arr[i] = i + 1;
#if 1//把1改成0，printf语句不执行
printf("%d ", arr[i]);
#endif
}
return 0;
}
常见的条件编译指令：
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
如：
#define NUM 1
int main()
{
#if NUM==1
printf("hehe\n");
#elif NUM==2
printf("haha\n");
#else
printf("heihei\n");
#endif
return 0;
}
3.判断是否被定义
#if defined(symbol)
#ifdef symbol
#if !defined(symbol)
#ifndef symbol
如：
#define MAX 0
int main()
{
#if defined(MAX)//或者可以替换成#ifdef MAX,不定义的话给define前加！或者是#ifndef
printf("hehe\n");
#endif
return 0;
}
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
文件包含
我们已经知道， #include 指令可以使另外一个文件被编译。就像它实际出现于 #include 指令的地方一样。 这种替换的方式很简单： 预处理器先删除这条指令，并用包含文件的内容替换。 这样一个源文件被包含 10 次，那就实际被编译 10 次。
- 本地文件包含
#include "filename"
查找策略：先在源文件所在目录下查找，如果该头文件未找到，编译器就像查找库函数头文件一样在标准位置查找头文件。如果找不到就提示编译错误。
- 库文件包含
#include <filename.h>
查找头文件直接去标准路径下去查找，如果找不到就提示编译错误。这样是不是可以说，对于库文件也可以使用 “” 的形式包含？答案是肯定的，可以 。 但是这样做查找的效率就低些，当然这样也不容易区分是库文件还是本地文件了。
嵌套文件包含
comm.h 和 comm.c 是公共模块。
test1.h 和 test1.c 使用了公共模块。
test2.h 和 test2.c 使用了公共模块。
test.h 和 test.c 使用了 test1 模块和 test2 模块。
这样最终程序中就会出现两份 comm.h 的内容。这样就造成了文件内容的重复。
如何解决这个问题？
每个头文件的开头写：
#ifndef __TEST_H__
#define __TEST_H__
//头文件的内容
#endif //__TEST_H__或者
#pragma once
其他预处理指令
#error
#pragma
#line
百度试题
题目:仿写offsetof
#include <stdio.h>
#include <stddef.h>
typedef struct student
{
char name;
int age;
int nmb;
}stu;
#define OFFSETOF(structName,memberName) (size_t)&(((structName*)0)->memberName)
int main()
{
stu s = { 0 };
printf("%d\n", offsetof( stu, name));
printf("%d\n", OFFSETOF(stu,name));
printf("%d\n", OFFSETOF(stu,age));
return 0;
}