C语言之#define以及预处理详讲解

#define

#define的使用方法

#define 替换规则

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在C语言中，一段程序运行时会执行四个步骤：预编译、编译、汇编、链接。在程序预编译时，就会对程序进行预处理，就会对一些预处理指令执行、替换。

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

这些预定义符号都是语言内置的。

这些都可以在程序中输出，用来了解文件的各个信息：

#include<stdio.h>

int main(void)
{
	printf("file:%s line:%d\n", __FILE__, __LINE__);
}

但是我们今天要重点学习的是#define预处理指令！！！

#define

#define 定义标识符：语法： #define name(宏名) stuff(宏值)

举个栗子：

#define MAX 1000

#define reg register //为 register这个关键字，创建一个简短的名字

#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。

#define DEBUG_PRINT printf("file:%s\tline:%d\t \

date:%s\ttime:%s\n" ,\

__FILE__,__LINE__ , \

__DATE__,__TIME__ )

// 如果定义的 stuff过长，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)。

这里我要强调一点，在define标识后不要加；

假如：

#define MAX 1000;
if(condition)
 max = MAX;
else
 max = 0;
//在预处理时MAX会被替换
//就会变成下面代码：
if(condition)
 max = 1000;;
else
 max = 0;

这里会出现语法错误。

#define的使用方法

第一种语法就是定义符号常量：

#define N 100
#define MAX 10000

当我们使用N或MAX时，所有的宏名全部会被替换为宏值。如果在后面遇见#undef N(后面会提到)或#undef MAX时，这个define定义的值就会被删除。

第二种语法被用来定义符号函数（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。

#define SQUARE( x ) x * x
//这个宏接收一个参数 x

int main()
{
    SQUARE( 5 );

    return 0;
}
//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

这就是最基础的宏，但是在宏中经常就会出现一些符号优先级导致的错误：

#define SQUARE( x ) x * x
//这个宏接收一个参数 x

int main()
{
   int a = 5;
   printf("%d\n" ,SQUARE( a + 1) );

    return 0;
}

乍一看，你可能觉得这段代码将打印36这个值。事实上，它将打印11。这是为什么呢？

替换文本时，参数x被替换成a + 1,所以这条语句实际上变成了： printf ("%d\n",a + 1 * a + 1 ); 所以结果为5+1*5+1=11。

在宏定义上加上两个括号，这个问题便轻松的解决了：#define SQUARE(x) (x) * (x)

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。

对于#define的用法有很多，我在这里做一个大概的总结：

1.表示静态数组的长度

#define N 100 char arr[N];

2.定义字符常量

#define STOPFLA '#'

3.定义字符串常量

#define PRINT "hello world."

4.定义宏（简单函数）

#define ADD(X) ((X)+(X))

#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：

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。

#和##的作用

首先我们看看这样的代码：

char* p = "hello ""bit\n";
printf("hello"" world\n");
printf("%s", p)

这里printf将输出这个字符串。那我们如何把参数插入到字符串中？

使用 # ，把一个宏参数变成对应的字符串。

int i = 10;
#define PRINT(FORMAT, VALUE)\
 printf("the value of " #VALUE "is "FORMAT "\n", VALUE);
...
PRINT("%d", i+3);

代码中的 #VALUE 会预处理器处理为： "VALUE" .最终输出结果应该为：the value of i+3 is 13。

## 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 ADD_TO_SUM(num, value) \
 sum##num += value;
...
ADD_TO_SUM(5, 10);//作用是：给sum5增加10.

这样的连接必须产生一个合法的标识符。否则其结果就是未定义的。

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。

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

所以输出的结果是：x=6 y=10 z=9

因为替换导致变量的值被多次操作！！！

所以在使用宏时，我们应该避免使用++、--。

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

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

那为什么不用函数来完成这个任务？

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：

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长度。

2. 宏是没法调试的。

3. 宏由于类型无关，也就不够严谨。

4. 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。

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相同的。
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。

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。

头文件被包含的方式：

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<stdio.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。

对于库文件也可以使用 “” 的形式包含吗？

答案是：可以的。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

如果出现这样的场景：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？
#ifndef __TEST_H__
#define __TEST_H__
//头文件的内容
#endif   //__TEST_H_
或者：
#pragma once
就可以避免头文件的重复引入。

在C语言种还有很多预处理指令，我们还需要不断去学习！！！