5 预处理
预处理也称为预编译，它为编译做预备工作，主要进行代码文本的替换工作，用于处理#开头的指令，其中预处理器产生编译器的输出。下图所示为常见的一些预处理指令及其功能。
5.1 C/C++头文件中的ifndef/define/endif的作用有哪些？
如果一个项目中存在两个C文件，而这两个C文件都include (包含）了同一个头文件， 当编译时，这两个C文件要一同编译成一个可运行文件，可能会产生大量的声明冲突。而解决的办法是把头文件的内容都放在#ifhdef和#endif中，一般格式如下：
#ifndef <标识>
#define〈标识〉
#endif
上述代码的作用是当标识没有#define定义过时，则定义标识。 <标识> 在理论上来说可以是自由命名的，但每个头文件的这个“标识”都应该是唯一的。标识的命名规则一般是头文件名全大写，前后加下划线，并把文件名中的 “.” 也变成下划线，如stdio.h。
#ifndef _STDIO_H_
#define _STDIO_H_
...
#endif5.2 #include <filename.h>和#include “filename.h” 有什么区別?
对于#include <filename.h>，编译器先从标准库路径开始搜索filename.h，然后从本地目录搜索，使得系统文件调用较快。而对于#include “filename.h”，编译器先从用户的工作路径开始搜索filename.h,后去寻找系统路径，使得自定义文件较快。
5.3 头文件的作用有哪些？
头文件的作用主要表现为以下两个方面：
(1) 通过头文件来调用库功能。出于对源代码保密的考虑，源代码不便（或不准）向用户 公布，只要向用户提供头文件和二进制的库即可。用户只需要按照头文件中的接口声明来调用库功能，而不必关心接口是怎么实现的。编译器会从库中提取相应的代码。
(2) 头文件能加强类型安全检查。如果某个接口被实现或被使用时，其方式与头文件中的声明不一致，编译器就会指出错误，能大大减轻程序员调试、改错的负担。
5.4 #define有哪些缺陷？
由于宏定义在预处理阶段进行，主要做的是字符替换工作，所以它存在着一些固有的缺陷：
(1) 它无法进行类型检查。宏定义是在编译前进行字符的替换，因为还没编译，不能编译前就检查好类型是否匹配，而只能在编译时才知道，所以不具备类型检查功能。
(2) 由于优先级的不同，使用宏定义时，可能会存在副作用。例如，执行加法操作的宏定义运算#defme ADD(a,b) a+b在使用的过程中，对于表达式的运算就可能存在潜在的问题，而应该改#define ADD(a,b) ((a)+(b))。
(3) 无法单步调试。
(4) 会导致代码膨胀。由于宏定义是文本替换，需要对代码进行展开，相比较函数调用的 方式，会存在较多的冗余代码。
(5) 在C++中，使用宏无法操作类的私有数据成员。
5.5 如何使用define声明一个常数，用以表明1年中有多少秒（忽略闰年间题）?
#define SECOND_PER_YEAR (365*24*60*60)UL考虑到可能存在数据溢出问题，更加规范化的写法是使用长整型类型，即UL类型， 告诉编译器这个常数是长整型数。
5.6 宏定义平方运算#define SQR(X) X*X是否正确？
执行平方运算的宏定义不正确，会造成错误。例如SQR(k+m)，你以为会是(k+m)*(k+m)，但实际上是k+m*k+m。再举一个例子，SQR(k+m)/SQR(k+m)，会错误地执行为k+m*x+m/k+m*k+m。
5.7 不能使用大于、小于、if语句，如何定义一个宏来比较两个数a、b的大小？
如果只是进行简单的比较，则返回比较结果即可，宏定义可以写为如下方式: #define check(a,b) (((a)-(b))=fabs((a)-(b)))? “greater”: “smaller”
#define check(a,b) (((a)-(b))=fabs((a)-(b)))? “greater”: “smaller” 但如果需要返回较大的值，则宏定义可以写为
#define MAX(a,b) (fabs((a)-(b))=((a)-(b))?(a):(b))虽然#define MAX(a，b) (abs((a)-(b))=((a)-(b))?(a):(b))也是一种比较好的做法，但是函数 abs() 接收的参数及其返回值都是整数，这样在传递实参时，其小数部分可能被截去，从而导致误差。例如，a=-12.345, b=-24.1467, abs((a)-(b))返回值为 12,但(a)-(b)显然不等于 12。
fabs()所接受的参数及返回值都是double型的，这样无论它是接受整数还是接受float型的数据，都不会因精度问题而出现误差。
5.8 如何判断一个变量是有符号数还是无符号数？
判断一个变量是无符号数还是有符号数有以下3种方法：
(1) 采用取反操作。
对于这个变量分两种情况进行分析，一种情况是它为某种类型的值，另一种情况是它为某种类型。对于值而言，如果这个数以及其求反后的值都大于0,则该数为无符号数，反之则为有符号数，因为数据在计算机中都是以二进制的0或1存储的，正数以0开头，负数以1开头，求反操作符会把所有的1改为0,所有的0改为1。如果是有符号数，那么取反之后，开头的0会被改为1，开头的1会被改为0，开头为1时即表示该数为负数，如果是无符号数则不会受此影响。对于类型而言，也同样适用。
对于为值的情况，可以采用如下宏定义的方式：
#defme ISUNSIGNED(a) (a>=0 && ~a>=0)对于为类型的情况：
#define ISUNSIGNED(type) ((type)O-l > 0)程序示例代码如下：
#include <stdio.h>
#define ISUNSIGNED(a) (a >= 0) && (〜a >= 0)
#define ISUNSIGNED_TYPE(type) ((type)O-l > 0)
int main()
{
int a = 0;
unsigned int b = 0;
printf("%d \n", ISUNSIGNED(a));
printf("%d \n", ISUNSIGNED(b));
printf("%d \n", ISUNSIGNED_TYPE(int));
printf("%d \n", ISUNSIGNED_TYPE(unsigned int));
return 0;
}程序输出结果：
0
1
0
1(2) 由于无符号数和有符号数相减的结果为无符号，所以还可以采用以下方法判断:
#include<stdio.h>
int main()
{
unsigned int a = 100;
int b = -1;
if(a<0)
{
printf("有符号数”)；
}
else
{
if(b-a>0)
printf("无符号数 \n");
else
printf^有符号数\nM);
}
return 0;
}程序输入为：
无符号数(3) 通过改变符号位判断。把A进行一个位运算，将最高位置1，判断是否大于0。 程序示例如下：
#include <stdio.h>
int main()
{
unsigned A = 10;
A = A|(1 << 31);
if(A > 0)
printf("无符号数 \n");
else
printf("有符号数 \n”)；
return 0;
} 程序输出为
无符号数5.9 #define TRACE(S) (printf("%s\n",#S),S)是什么意思？
#进行宏字符串连接，在宏中把参数解释为字符串，不可以在语句中直接使用。在宏定义 中 printf("%s\n", #S)会被解释为 printf("%s\n”，”S”)。
程序示例如下：
#include <stdio.h>
#define TRACE(S) (printf("%s\n", #S),S)
int main()
{
int a = 5;
TRACE(a);
char *str = "hello";
char des[20];
strcpy(des,TRACE(str));
printf("des=%s\n",des);
return 0;
}程序输出结果:
a
str
hello上例中，宏定义又是一个逗号表达式，所以复制到des里面的值为后面S也就是str的值。所以最后输出的就是字符串hello了。
5.10 不使用sizeof，如何求int占用的字节数？
(1)使用宏定义的方式：
#include <stdio.h>
#define MY_SIZEOF(value) ( (char *)(&value+1) - (char *)&value )
int main()
{
int i;
double f;
double a[4];
double *q;
printf("%d\n",MySizeof(i));
printf("%d\n",MySizeof(f));
printf("%d\n"，MySizeof(a));
printf("%d\n",MySizeof(q));
return 0;
}
程序输出如下：
4
8
32
4注意使用#define MY_SIZEOF(value) ( (&value+1) - &value )，返回的是1（偏移单位长度），而不是4。
(2)使用函数的方式：
#include <iostream>
using namespace std;
template <class T>
int getSize(T *p)
{
return int(p+1)-int(p);
}
int main()
{
int* i;
double* q;
char a[10];
printf("%d\n",getSize(i));
printf("%d\n",getSize(q));
printf("%d\n",getSize(&a));
return 0;
}
程序输出如下：
4
8
10注意使用#return (p+1)-(p);，返回的是1（偏移单位长度），而不是4。
5.11 如何使用宏求结构体的内存偏移地址?
#define OFFSET(type,field) ( (size_t)&(((type *)0)->field) )在C语言中，ANSI C标准允许值为0的常量被强制转换成任何一种类型的指针，而且转 换结果是一个空指针，即NULL指针，因此对0取指针的操作((type )0)的结果就是一个类型 为type*的NULL指针。但如果利用这个NULL指针来访问type的成员当然是非法的，因为 &((type )0)->field)的意图只不过是计算field字段的地址。
C语言编译器根本就不生成访问type的代码，而仅仅是根据type的内容布局和结构体实例首址在编译期计算这个（常量）地址，这样就完全避免了通过NULL指针访问内存可能出现的问题。同时又因为地址为0，所以这个地址的值就是字段相对于结构体基址的偏移。
程序示例如下：
#include <stdio.h>
#define OFFSET(type,field) ( (size_t)&(((type *)0)->field) )
struct MyStr
{
char a; //4byte （由于下一个成员为4个字节的，为了字节对齐，补齐为4个字节）
int b; //8byte
float c; //16byte （由于下一个成员为8个字节的，为了字节对齐，补齐为8个字节）
double d; //24byte
char e; //32byte （要是最大长度的整数倍）
};
int main()
{
printf("%d\n",OffSet(MyStr,a));
printf("%d\n",OffSet(MyStr,b));
printf("%d\n",OffSet(MyStr,c));
printf("%d\n",OffSet(MyStr,d));
printf("%d\n",OffSet(MyStr,e));
printf("%d\n",sizeof(MyStr));
return 0;
}程序输出如下：
0
4
8
16
24
32上述方法避免了实例化一个type对象，而且求值在编译期进行，没有运行期负担，程序效率大大提高。
5.12 如何用sizeof判断数组中有多少个元素？
#define COUNT_ARR(arr) (sizeof(arr)/sizeof(arr[0]))5.13 枚举和define有什么不同？
具体而言，两者的区别表现在以下几 个方面：
(1) 枚举常量是实体中的一种，而宏定义不是实体。
(2) 枚举常量属于常量，但宏定义不是常量。
(3) 枚举常量具有类型，但宏没有类型，枚举变量具有与普通变量相同的性质，如作用域、值等，但是宏没有。
(4) #define宏常量是在预编译阶段进行简单替换，枚举常量则是在编译的时候确定 其值。
(5) —般在编译器里，可以调试枚举常量，但是不能调试宏常量。
(6) 枚举可以一次定义大量相关的常量，而#define宏一次只能定义一个。
5.14 typdef和define有什么区别?
typedef与define都是替一个对象取一个别名，以此来增强程序的可读性，但是它们在使用和作用上也存在着以下几个方面的不同：
(1) 原理不同。#define是C语言中定义的语法，它是预处理指令，在预处理时进行简单而机械的字符串替换，不作正确性检查，不管含义是否正确照样带入，只有在编译己被展开的源程序时才会发现可能的错误并报错。typedef
是关键字，它在编译时处理，所以typedef有类型检查的功能。
(2) 功能不同。typedef用来定义类型的别名，这些类型不只包含内部类型（int、char 等），还包括自定义类型（如struct),可以起到使类型易于记忆的功能。例如定义一个函数指针。#define不只是可以为类型取别名，还可以定义常量、变量、编译开关等。
(3) 作用域不同。#defme没有作用域的限制，只要是之前预定义过的宏，在以后的程序中都可以使用，而typedef有自己的作用域。
程序示例如下：
void fun()
{
#define A int
}
void gun()
{
//在这里也可以使用A,因为宏替换没有作用域，但如果上面用的是typedef,那这里就不能用
//不过一般不在函数内使用typedef
}(4) 对指针的操作不同。两者修饰指针类型时，作用不同。
#defme INTPTR1 int*
typedef int* INTPTR2;
INTPTR1 pl,p2;
INTPTR2 p3,p4;INTPTR1 p1,p2和INTPTR2 p3,p4这两句的效果截然不同的。INTPTR1 p1,p2进行字符串替换后变成int* p1,p2，要表达的意义是声明一个指针变量p1和一个整型变量p2。而 INTPTR2 p3,p4,由于INTPTR2是具有含义的，告诉我们是一个指向整型数据的指针，那么p3和p4都为指针变量。
5.15 C++中宏定义与内联函数有什么区别？
两者的区别主要表现在以下几个方面：第一，宏定义是在预处理阶段进行代码替换，而内联函数是在编译阶段插入代码；第二，宏定义没有类型检查，而内联函数有类型检查。
5.16 #define和const的区别是什么？
define与const都能定义常量，效果虽然一样，但是各有侧重。 define既可以替代常数值，又可以替代表达式，甚至是代码段，但是容易出错，而const的引入可以增强程序的可读性，它使程序的维护与调试变得更加方便。具体而言，它们的差异主要 表现在以下几个方面：
(1) define只是用来进行单纯的文本替换，define常量的生命周期止于编译期，不分配内存空间，它存在于程序的代码段，在实际程序中它只是一个常数，一个命令中的参数并没有实际的存在；而const常量存在于程序的数据段，并在堆栈中分配了空间，const常量在程序中确确实实地存在，并且可以被调用、传递。
(2) const常量有数据类型，而define常量没有数据类型。编译器可以对const常量进行类型安全检查，如类型、语句结构等，而define不行。
(3) 很多IDE支持调试const定义的常量，而不支持define定义的常量。
6 结构体与类
不要因为c和C++中有一些语法和关键字看上去相同，就认为它们的意义和作用完全一样。有些时候它们是不一样的，如struct (结构体）与class (类）。
6.1 C语言中struct和union的区别是什么？
struct (结构体）与union (联合体）是C语言中两种不同的数据结构，两者都是常见的复合结构，其区别主要表现在以下两个方面：
(1) 结构体与联合体虽然都是由多个不同的数据类型成员组成的，但不同之处在于联合体中所有成员共用一块地址空间，即联合体只存放了一个被选中的成员，而结构体中所有成员占用空间是累加的，其所有成员都存在，不同成员会存放在不同的地址。所以结构体在计算一个结构型变量的总长度时，其内存空间大小等于所有成员长度之和（需要考虑字节对齐），而在联合体中， 所有成员不能同时占用内存空间，它们不能同时存在，所以一个联合型变量的长度等于其最长的成员的长度。
(2) 对于联合体的不同成员赋值，将会对它的其他成员重写，原来成员的值就不存在了， 而对结构体的不同成员赋值是互不影响的。
示例程序如下：
typedef union {double i; int k[5]; chare;} DATE;
struct data {int cat; DATE cow; double dog;} max;
printf("%d"，sizeof(struct date)+sizeof(max));假设为32位机器，DATE是一个联合型变量，联合型变量公用空间，里面最大的变量类型是int[5]，所以占用20个字节，而由于union中double占了8个字节，为了实现8字节对齐，所以union所占空间为24。而data是一个结构体变量，每个变量分开占用空间，依次为sizeof(int) + sizeof(DATE)+sizeof(double)=4+24+8=36，而double为8字节，为了8字节对齐，占用空间为40。所以打印结果是 24 + 40 = 64 个字节。
6.2 C和C++中struct的区别是什么？
C语言中的struct与C++中的struct的区别表现在以下3个方面：
(1) C语言的struct不能有函数成员，而C++的struct可以有。
(2) C语言的struct中数据成员没有private、public和protected访问权限的设定，而C++ 的struct的成员有访问权限设定。
(3) C语言的struct是没有继承关系的，而C++的struct却有丰富的继承关系。
C语言中的struct是用户自定义数据类型，它是没有权限设置的，它只能是一些变量的集合体，虽然可以封装数据却不可以隐藏数据，而且成员不可以是函数。为 了和C语言兼容，C++中就引入了 struct关键字。C++语言中的struct是抽象数据类型 (ADT)，它支持成员函数的定义，同时它增加了访问权限，它的成员函数默认访问权限为 public。
6.3 struct与class的区别是什么？
具体而言，在C++中，class和struct做类型定义时只有两点区别：
(1) 默认继承权限不同。class继承默认是private继承，而struct继承默认是public继承；
(2) class还用于定义模板参数，就像typename，但关键字struct不用于定义模板参数。
C++中之所以保留struct关键字，主要有3个方面的原因：第一，保证与C语言的向下兼容性，C++必须提供一个struct;第二，C++中的struct定义必须百分之百地保证与C语言中的 struct的向下兼容性，之所以把C++中最基本的对象单元规定为class而不是struct，就是为了能够避免各种兼容性要求的限制；第三，对struct定义的扩展使C语言代码能够更容易地被移植到C++中来。