C语言预处理命令（宏定义和条件编译）

C语言预处理命令（宏定义和条件编译）

前言

在编译和链接之前，还需要对源文件进行一些文本方面的操作，比如文本替换、文件包含、删除部分代码等，这个过程叫做预处理，由预处理程序完成。
较之其他编程语言，C/C++ 语言更依赖预处理器，所以在阅读或开发 C/C++ 程序过程中，可能会接触大量的预处理指令，比如 #include、#define 等。

C语言预处理命令是什么？

C语言源文件要经过编译、链接才能生成可执行程序

1. 编译（Compile）会将源文件（.c文件）转换为目标文件。对于 VC/VS，目标文件后缀为.obj；对于GCC，目标文件后缀为.o。

编译是针对单个源文件的，一次编译操作只能编译一个源文件，如果程序中有多个源文件，就需要多次编译操作。

2. 链接（Link）是针对多个文件的，它会将编译生成的多个目标文件以及系统中的库、组件等合并成一个可执行程序。

这些在编译之前对源文件进行简单加工的过程，就称为预处理（即预先处理、提前处理）。
预处理主要是处理以#开头的命令，例如#include <stdio.h>等。预处理命令要放在所有函数之外，而且一般都放在源文件的前面。

预处理是C语言的一个重要功能，由预处理程序完成。当对一个源文件进行编译时，系统将自动调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。

编译器会将预处理的结果保存到和源文件同名的.i文件中，例如 main.c 的预处理结果在 main.i 中。和.c一样，.i也是文本文件，可以用编辑器打开直接查看内容。

C语言提供了多种预处理功能，如宏定义、文件包含、条件编译等，合理地使用它们会使编写的程序便于阅读、修改、移植和调试，也有利于模块化程序设计。

举例：

下面我们举个例子来说明预处理命令的实际用途。假如现在要开发一个C语言程序，让它暂停 5 秒以后再输出内容，并且要求跨平台，在 Windows 和 Linux 下都能运行，怎么办呢？

这个程序的难点在于，不同平台下的暂停函数和头文件都不一样：
Windows 平台下的暂停函数的原型是void Sleep(DWORD dwMilliseconds)（注意 S 是大写的），参数的单位是“毫秒”，位于 <windows.h> 头文件。
Linux 平台下暂停函数的原型是unsigned int sleep (unsigned int seconds)，参数的单位是“秒”，位于 <unistd.h> 头文件。

不同的平台下必须调用不同的函数，并引入不同的头文件，否则就会导致编译错误，因为 Windows 平台下没有 sleep() 函数，也没有 <unistd.h> 头文件，反之亦然。这就要求我们在编译之前，也就是预处理阶段来解决这个问题。请看下面的代码：

#include <stdio.h>
//不同的平台下引入不同的头文件
#if _WIN32  //识别windows平台
#include <windows.h>
#elif __linux__  //识别linux平台
#include <unistd.h>
#endif
int main() {
    
    
    //不同的平台下调用不同的函数
    #if _WIN32  //识别windows平台
    Sleep(5000);
    #elif __linux__  //识别linux平台
    sleep(5);
    #endif
    puts("http://c.biancheng.net/");
    return 0;
}

#if、#elif、#endif 就是预处理命令，它们都是在编译之前由预处理程序来执行的。这里我们不讨论细节，只从整体上来理解。

对于 Windows 平台，预处理以后的代码变成：

#include <stdio.h>
#include <windows.h>
int main() {
    
    
    Sleep(5000);
    puts("http://c.biancheng.net/");
    return 0;
}

对于 Linux 平台，预处理以后的代码变成：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main() {
    
    
    sleep(5);
    puts("http://c.biancheng.net/");
    return 0;
}

你看，在不同的平台下，编译之前（预处理之后）的源代码都是不一样的。这就是预处理阶段的工作，它把代码当成普通文本，根据设定的条件进行一些简单的文本替换，将替换以后的结果再交给编译器处理。

#include的用法详解（文件包含命令）

#include叫做文件包含命令，用来引入对应的头文件（.h文件）。#include 也是C语言预处理命令的一种。

#include 的处理过程很简单，就是将头文件的内容插入到该命令所在的位置，从而把头文件和当前源文件连接成一个源文件，这与复制粘贴的效果相同。

#include 的用法有两种，如下所示：

#include <stdHeader.h>
#include "myHeader.h"

使用尖括号< >和双引号" “的区别在于头文件的搜索路径不同：
使用尖括号< >，编译器会到系统路径下查找头文件；
而使用双引号” "，编译器首先在当前目录下查找头文件，如果没有找到，再到系统路径下查找。

也就是说，使用双引号比使用尖括号多了一个查找路径，它的功能更为强大。

前面我们一直使用尖括号来引入标准头文件，现在我们也可以使用双引号了，如下所示：

#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"

stdio.h 和 stdlib.h 都是标准头文件，它们存放于系统路径下，所以使用尖括号和双引号都能够成功引入；而我们自己编写的头文件，一般存放于当前项目的路径下，所以不能使用尖括号，只能使用双引号。

#define的用法，C语言宏定义

#define 叫做宏定义命令，它也是C语言预处理命令的一种。所谓宏定义，就是用一个标识符来表示一个字符串，如果在后面的代码中出现了该标识符，那么就全部替换成指定的字符串。

我们先通过一个例子来看一下 #define 的用法：

#include <stdio.h>
#define N 100
int main(){
    
    
    int sum = 20 + N;
    printf("%d\n", sum);
    return 0;
}

运行结果：
120

注意第 6 行代码int sum = 20 + N，N被100代替了。

#define N 100就是宏定义，N为宏名，100是宏的内容（宏所表示的字符串）。在预处理阶段，对程序中所有出现的“宏名”，预处理器都会用宏定义中的字符串去代换，这称为“宏替换”或“宏展开”。

宏定义是由源程序中的宏定义命令#define完成的，宏替换是由预处理程序完成的。

宏定义的一般形式为：

#define  宏名  字符串

#表示这是一条预处理命令，所有的预处理命令都以 # 开头。宏名是标识符的一种，命名规则和变量相同。字符串可以是数字、表达式、if 语句、函数等。

这里所说的字符串是一般意义上的字符序列，不要和C语言中的字符串等同，它不需要双引号。

程序中反复使用的表达式就可以使用宏定义，例如：

#define M (n*n+3*n)

它的作用是指定标识符M来表示(yy+3y)这个表达式。在编写代码时，所有出现 (yy+3y) 的地方都可以用 M 来表示，而对源程序编译时，将先由预处理程序进行宏代替，即用 (yy+3y) 去替换所有的宏名 M，然后再进行编译。

将上面的例子补充完整：

#include <stdio.h>
#define M (n*n+3*n)
int main(){
    
    
    int sum, n;
    printf("Input a number: ");
    scanf("%d", &n);
    sum = 3*M+4*M+5*M;
    printf("sum=%d\n", sum);
    return 0;
}
运行结果：
Input a number: 10↙
sum=1560

程序的开头首先定义了一个宏 M，它表示 (nn+3n) 这个表达式。在 9 行代码中使用了宏 M，预处理程序将它展开为下面的语句：

sum=3*(n*n+3*n)+4*(n*n+3*n)+5*(n*n+3*n);

需要注意的是，在宏定义中表达式(nn+3n)两边的括号不能少，否则在宏展开以后可能会产生歧义。下面是一个反面的例子：

#difine M n*n+3*n

在宏展开后将得到下述语句：

s=3*n*n+3*n+4*n*n+3*n+5*n*n+3*n;

这相当于：

3n2+3n+4n2+3n+5n2+3n

这显然是不正确的。所以进行宏定义时要注意，应该保证在宏替换之后不发生歧义。

对 #define 用法的几点说明

1. 宏定义是用宏名来表示一个字符串，在宏展开时又以该字符串取代宏名，这只是一种简单粗暴的替换。字符串中可以含任何字符，它可以是常数、表达式、if 语句、函数等，预处理程序对它不作任何检查，如有错误，只能在编译已被宏展开后的源程序时发现。

2. 宏定义不是说明或语句，在行末不必加分号，如加上分号则连分号也一起替换。

3. 宏定义必须写在函数之外，其作用域为宏定义命令起到源程序结束。如要终止其作用域可使用#undef命令。例如：

#define PI 3.14159
int main(){
    
    
    // Code
    return 0;
}
#undef PI
void func(){
    
    
    // Code
}

表示 PI 只在 main() 函数中有效，在 func() 中无效。
4) 代码中的宏名如果被引号包围，那么预处理程序不对其作宏代替，例如：

#include <stdio.h>
#define OK 100
int main(){
    
    
    printf("OK\n");
    return 0;
}

运行结果：
OK

该例中定义宏名 OK 表示 100，但在 printf 语句中 OK 被引号括起来，因此不作宏替换，而作为字符串处理。

5. 宏定义允许嵌套，在宏定义的字符串中可以使用已经定义的宏名，在宏展开时由预处理程序层层代换。例如：

#define PI 3.1415926
#define S PI*y*y    /* PI是已定义的宏名*/

对语句：

printf("%f", S);

在宏代换后变为：

printf("%f", 3.1415926*y*y);

6. 习惯上宏名用大写字母表示，以便于与变量区别。但也允许用小写字母。

7. 可用宏定义表示数据类型，使书写方便。例如：

#define UINT unsigned int

在程序中可用 UINT 作变量说明：

UINT a, b;

应注意用宏定义表示数据类型和用 typedef 定义数据说明符的区别。宏定义只是简单的字符串替换，由预处理器来处理；而 typedef 是在编译阶段由编译器处理的，它并不是简单的字符串替换，而给原有的数据类型起一个新的名字，将它作为一种新的数据类型。

请看下面的例子：

#define PIN1 int *
typedef int *PIN2;  //也可以写作typedef int (*PIN2);

从形式上看这两者相似， 但在实际使用中却不相同。

下面用 PIN1，PIN2 说明变量时就可以看出它们的区别：

PIN1 a, b;

在宏代换后变成：

int * a, b;

表示 a 是指向整型的指针变量，而 b 是整型变量。然而：

PIN2 a,b

表示 a、b 都是指向整型的指针变量。因为 PIN2 是一个新的、完整的数据类型。由这个例子可见，宏定义虽然也可表示数据类型， 但毕竟只是简单的字符串替换。在使用时要格外小心，以避出错。

预处理命令总结

预处理功能是C语言特有的功能，它是在对源程序正式编译前由预处理程序完成的，程序员在程序中用预处理命令来调用这些功能。

宏定义可以带有参数，宏调用时是以实参代换形参，而不是“值传送”。

为了避免宏代换时发生错误，宏定义中的字符串应加括号，字符串中出现的形式参数两边也应加括号。

文件包含是预处理的一个重要功能，它可用来把多个源文件连接成一个源文件进行编译，结果将生成一个目标文件。

条件编译允许只编译源程序中满足条件的程序段，使生成的目标程序较短，从而减少了内存的开销并提高了程序的效率。

使用预处理功能便于程序的修改、阅读、移植和调试，也便于实现模块化程序设计。

参考文章: C语言中文网