編譯C程序有很多步驟,其中第一步為預(yù)處理（preprocessing）階段

 一.前言

1.編譯一個(gè)C程序涉及很多步驟。其中第一步驟稱為預(yù)處理(preprocessing)階段。C預(yù)處理器(preprocessor)在源代碼編譯之前對(duì)其進(jìn)行文本性質(zhì)的操作。

2.它的主要任務(wù)包括刪除注釋、插入被#include指令包含的內(nèi)容、定義和替換由#define指令定義的符號(hào)以及確定代碼的部分內(nèi)容是否應(yīng)該根據(jù)一些條件編譯指令經(jīng)行編譯。

二.預(yù)定義符號(hào)

1.以下為預(yù)處理器定義的符號(hào)。它們的值或者是字符串常量，或者是十進(jìn)制數(shù)字常量。

2.__FILE__和__LINE__在確認(rèn)調(diào)試輸出時(shí)很有用。__DATE__和__TIME__常常用于在被編譯的程序中加入版本信息。

3.__STDC__用于那些在ANSI環(huán)境和非ANSI環(huán)境都必須進(jìn)行編譯的程序中結(jié)合條件編譯。

注：

此處的前綴是兩個(gè)下劃線.

² __FILE__:用%s進(jìn)行輸出，輸出結(jié)果為源程序名。

² __LINE__:用%d進(jìn)行輸出，輸出結(jié)果為文件當(dāng)前行號(hào)。

² __DATE__:用%s進(jìn)行輸出，輸出結(jié)果為文件被編譯的日期

² __STDC__:用%d進(jìn)行輸出，如果編譯器遵循ANSIC,其數(shù)值為1。否則未定義。

三.#define

1.#define的用法：

#define name stuff

有了這條指令以后，每當(dāng)有符號(hào)name出現(xiàn)在這條指令后面時(shí)，預(yù)處理器就會(huì)把它替換成stuff。

2.替換文本并不僅限于數(shù)值字面值常量。使用#define指令，可以把文本替換到程序中。

3.如果定義中的stuff非常長(zhǎng)，可以將其分成幾行，除了最后一行之外，每行的末尾都要加一個(gè)反斜杠。

Eg:

#define DEBUG_PRINT printf(“File %s line%d:” \

”x=%d,y=%d,z=%d”,\

__FILE__,__LINE__,\

x,y,z)

說明：此處利用了相鄰的字符串常量被自動(dòng)連接為一個(gè)字符串的這個(gè)特性。

4.在宏定義的末尾不要加上分號(hào)。如果加了則會(huì)出現(xiàn)一條空語(yǔ)句。

Eg:

DEBUG_PRINT;

此時(shí)，編譯器替換后會(huì)都一條空語(yǔ)句.

1>有時(shí)候只允許出現(xiàn)一條語(yǔ)句，如果放入兩條語(yǔ)句就會(huì)出現(xiàn)問題

Eg:

if(…)

DEBUG_PRINT;

else

…..

四.宏

1.#define機(jī)制包括了一個(gè)規(guī)定，只允許把參數(shù)替換到文本中，這種實(shí)現(xiàn)通常稱為宏或定義宏(defined macro)

2.宏的聲明方式：

#define name(parament-list) stuff

1>其中，parament-list(參數(shù)列表)是一個(gè)由逗號(hào)分隔的符號(hào)列表，它們可能出現(xiàn)在stuff中。參數(shù)列表的左括號(hào)必須與name緊鄰。如果兩者之間有任何空白存在，參數(shù)列表就會(huì)解釋為stuff的一部分。

2>當(dāng)宏被調(diào)用時(shí)，名字后面是一個(gè)由逗號(hào)分隔的列表，每個(gè)值都與宏定義中的一個(gè)參數(shù)相對(duì)應(yīng)，整個(gè)列表用一對(duì)括號(hào)包圍。但參數(shù)出現(xiàn)在程序中時(shí)，與每個(gè)參數(shù)對(duì)應(yīng)的實(shí)際值都將被替換到stuff中。

eg:

#define SQUARE(x) ( (x)*(x))

如果在上述聲明之后，調(diào)用

SQUARE(5)

預(yù)處理器就會(huì)用用下面這個(gè)表達(dá)式進(jìn)行替換：

5*5。

說明：

在完整定義的參數(shù)宏中要加上括號(hào)，并且對(duì)宏定義中每個(gè)參數(shù)的兩邊也加上括號(hào)

3.#define替換

在程序中擴(kuò)展#define定義符號(hào)和宏時(shí)，需要涉及幾個(gè)步驟

1>在調(diào)用宏時(shí)，首先對(duì)參數(shù)進(jìn)行檢查，看看是否包含了任何由#define定義的符號(hào)。如果是，它們首先被替換

2>替換文本隨后被插入到程序中原來文本的位置。對(duì)于宏，參數(shù)名被它們的值所替代

3>最后，再次對(duì)結(jié)果文本進(jìn)行掃描，看看它是否包含了任何由#define定義的符號(hào)。如果是，就崇光伏上述處理過程。

因此，宏參數(shù)和#define定義可以包含其他#define定義的符號(hào)。但是宏不可以出現(xiàn)遞歸。

說明：

1.當(dāng)預(yù)處理器搜索#define定義的符號(hào)時(shí)，字符串常量的內(nèi)容并不進(jìn)行檢查。如果想要把宏參數(shù)插入到字符串常量中，可以使用如下方法：

1>使用鄰近字符串自動(dòng)連接的特性，把一個(gè)字符串分成幾段，每段實(shí)際上都是一個(gè)宏參數(shù)。

eg:

#include

#define PRINT(FORMAT,VALUE) \

printf(“thevalue is “ FORMAT “\n”,VALUE)

int main()

{

int x= 12;

PRINT(“%d”,x+3);

}

說明：

此技巧只有字符串常量作為宏參數(shù)給出時(shí)才能使用。

2>第二個(gè)技巧使用預(yù)處理器把一個(gè)宏參數(shù)轉(zhuǎn)換為一個(gè)字符串。#argument這種結(jié)構(gòu)被預(yù)處理器翻譯為”argument”.

eg:

#define PRINT(FORMAT,VALUE) \

printf(“thevalue of #VALUE \

“ is “ FORMAT “\n”,VALUE)

int main()

{

int x= 12;

PRINT(“%d”,x+3);

}

輸出結(jié)果為：

the value of x+3 is 15

3>## 結(jié)構(gòu)則執(zhí)行一種不同的任務(wù)。它把位于它兩邊的符號(hào)連接成一個(gè)符號(hào)。作為用途之一，它允許宏定義從分離的文本片段創(chuàng)建標(biāo)識(shí)符。

下面的實(shí)例使用這種連接把一個(gè)值添加到幾個(gè)變量之一：

#define ADD_TO_SUM(sum_number,value) \

sum ## sum_number += value

….

ADD_TO_SUM(5,25);

最后一條語(yǔ)句把值25加到變量sum5上。注意這種連接必須產(chǎn)生一個(gè)合法的標(biāo)識(shí)符。否則，其結(jié)果就是未定的。

五.宏與函數(shù)

1.宏非常頻繁地用于執(zhí)行簡(jiǎn)單的計(jì)算，比如在兩個(gè)表達(dá)式中尋找其中較大或較小的一個(gè)：

可以用：

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

2此處不用函數(shù)的原因是：

1>首先用于調(diào)用和從函數(shù)返回的代碼很可能比實(shí)際執(zhí)行這個(gè)小型計(jì)算工作的代碼更大

2>函數(shù)的參數(shù)必須聲明為一種特定的類型，所以它只能在類型合適的表達(dá)式上使用。因此，上面的宏可以用于整型、長(zhǎng)整型、單浮點(diǎn)型、雙浮點(diǎn)型以及其他類型中。既：宏是與類型無(wú)關(guān)的。

3>使用宏的不好之處在于，一份宏定義代碼的拷貝都將插入到程序中。除非宏非常短，否則使用宏可能會(huì)大幅度增加程序的長(zhǎng)度。

4>還有一些任務(wù)根本無(wú)法用函數(shù)實(shí)現(xiàn)

Eg:#define MALLOC(n,type) \

((type *)malloc( (n)*sizeof(type) ) )

此宏中的第二個(gè)參數(shù)是一種類型，它無(wú)法作為函數(shù)參數(shù)進(jìn)行傳遞。

5>宏參數(shù)具有副作用。

3.宏與函數(shù)的區(qū)別

1>代碼長(zhǎng)度：

² #define宏：每次使用時(shí)，宏代碼都被插入到程序中。除了非常小的宏之外，程序的長(zhǎng)度將大幅度增加

² 函數(shù)：函數(shù)代碼只出現(xiàn)于一個(gè)地方;每次使用這個(gè)函數(shù)時(shí)，都調(diào)用那個(gè)地方的同一份代碼

2>執(zhí)行速度：

² #define宏：更塊

² 函數(shù)： 存在函數(shù)調(diào)用/返回的額外開銷

3>操作符優(yōu)先級(jí)

² #define宏參數(shù)的求值是在所有周圍表達(dá)式的上下文環(huán)境里，除非它們加上括號(hào)，否則鄰近操作符的優(yōu)先級(jí)可能會(huì)產(chǎn)生不可預(yù)料的結(jié)果

² 函數(shù)：函數(shù)參數(shù)只在函數(shù)調(diào)用時(shí)求值一次，它的結(jié)果傳遞給函數(shù)。表達(dá)式的求值結(jié)果更容易預(yù)測(cè)。

4>參數(shù)求值

² #define宏：參數(shù)每次用于宏定義時(shí)，它們都將重新求值。由于多次求值，具有副作用的參數(shù)可能會(huì)產(chǎn)生不可預(yù)料的結(jié)果。

² 函數(shù)：參數(shù)在函數(shù)被調(diào)用前只求值一次。在函數(shù)中多次使用參數(shù)并不會(huì)導(dǎo)致多種求值過程。參數(shù)的副作用并不會(huì)造成任何特殊的問題。

5>參數(shù)類型

² #define宏：宏與類型無(wú)關(guān)。只要對(duì)參數(shù)的操作是合法的，它可以適用于任何參數(shù)類型

² 函數(shù)：函數(shù)的參數(shù)是與類型有關(guān)的。如果參數(shù)的類型不同，就需要使用不同的函數(shù)，即使它們執(zhí)行的任務(wù)是相同的。

六.#undef

1.該預(yù)處理指令用于移除一個(gè)宏定義

#undef name

2.如果一個(gè)現(xiàn)存的名字需要被重新定義，那么它的舊定義首先必須用#undef移除。

七.命令行定義

1.許多C編譯器都可以實(shí)現(xiàn)：允許在命令行中定義符號(hào)，用于啟動(dòng)編譯過程。當(dāng)同一個(gè)源文件被編譯成一個(gè)程序的不同版本時(shí)，該特性很有用。

Eg:假定某個(gè)程序聲明了一個(gè)某種長(zhǎng)度的數(shù)組。如果某個(gè)機(jī)器的內(nèi)存很有限，這個(gè)數(shù)組必須很小，但在另一個(gè)內(nèi)存很多的機(jī)器上，可能希望數(shù)組能夠大寫。

1>定義數(shù)組為：

Int array[ARRAY_SIZE];

那么我們希望ARRY_SIZE在命令行中定義。

例如：

gcc -DARRY_SIZE=100 tiger.c。

即可實(shí)現(xiàn)在命令行中指定數(shù)組的大小為100。

2.在Linux編譯器中，使用-D選項(xiàng)來完成該功能。

可以用兩種方式使用該選項(xiàng)：

Ø -Dname

Ø -Dname=stuff

說明

1>此處的name即為程序中的標(biāo)量名。

2>第一種形式定義了符號(hào)name,它的數(shù)值為。也可以用于條件編譯中

3>第二中形式把該符號(hào)的值定義為等號(hào)后面的stuff。

3.提供符號(hào)命令行定義的編輯器通常也提供在命令行中去除符號(hào)的定義。在Linux編譯器上，-U選項(xiàng)用于執(zhí)行這項(xiàng)任務(wù)。指定-Uname將導(dǎo)致程序中符號(hào)name的定義被忽略。當(dāng)它與條件編譯結(jié)合使用時(shí)，該特性很有用。

八.條件編譯

1.在編譯一個(gè)程序時(shí)，如果可以選擇某條語(yǔ)句或某組語(yǔ)句進(jìn)行翻譯或者被忽略，常常顯得很方便。用于調(diào)試程序的語(yǔ)句就是一個(gè)明顯的例子。它門不應(yīng)該出現(xiàn)在程序的產(chǎn)品版本中，但是，如果以后做一些維護(hù)性修改時(shí)，又可能需要重新調(diào)試該語(yǔ)句。因此就需要條件編譯。

2.條件編譯(conditional compilation)用于實(shí)現(xiàn)該目的。使用條件編譯，可以選擇代碼的一部分是被正常編譯還是完全忽略。

3.用于支持條件編譯的基本結(jié)構(gòu)是#if指令和其匹配的#endif指令。

#if constant-expression

statements

#endif

1>其中constant-expression(常量表達(dá)式)由預(yù)處理器進(jìn)行求值。如果它的值是非0值(真)，那么statements部分被正常編譯，否則預(yù)處理器就安靜地刪除它們。

2>所謂常量表達(dá)式，就是說它或者是字面值常量，或者是一個(gè)由#define定義的符號(hào)。如果變量在執(zhí)行期間無(wú)法獲得它們的值，那么它們?nèi)绻霈F(xiàn)在常量表達(dá)式中就是一非法的。因?yàn)樗鼈兊臄?shù)值在編譯時(shí)是不可預(yù)測(cè)的。

Eg:

Ø 將所有的調(diào)試代碼都以下面的形式出現(xiàn)

#if DEBUG

printf(“x=%d ,y=%d\n”,x,y);

#endif

1>如果我們想編譯這個(gè)代碼，可以用下面的代碼實(shí)現(xiàn)

#define DEBUG 1

2>如果想忽略，則只要把這個(gè)符號(hào)定義為0就可以了。

Ø 條件編譯的另一個(gè)用途是在編譯時(shí)選擇不同的代碼部分。為了支持該功能，#if指令還具有可選的#elif和#else字句。

1>語(yǔ)法功能是：

#if constant-expression

statements

#elif constant-expriession

other statements ….

#else

other statements

#endif

#elif字句出現(xiàn)的次數(shù)可以不限。每個(gè)constant-expression(常量表達(dá)式)只有當(dāng)前面所有常量表達(dá)式的值都為假時(shí)才會(huì)被編譯。#else子句中的語(yǔ)句只有當(dāng)前面所有的常量表達(dá)式值都為假時(shí)才會(huì)被編譯，在其他情況下它都會(huì)被編譯。

4.是否被定義

1>測(cè)試一個(gè)符號(hào)石佛已經(jīng)被定義是可能的。在條件編譯中完成這個(gè)任務(wù)往往更為方便，因?yàn)槌绦蛉绻⒉恍枰刂凭幾g的符號(hào)所控制的特性，它就不需要被定義。

Eg:

if defined(symbol)

#ifdef symbol

九.文件包含

1.函數(shù)庫(kù)文件包含兩種不同類型的#include文件包含：函數(shù)庫(kù)文件和本地文件。

1>函數(shù)庫(kù)頭文件

Ø 函數(shù)庫(kù)頭文件使用的語(yǔ)法

#include

Ø 對(duì)于fiename，并不存在任何限制，標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)文件以一個(gè).h后綴結(jié)尾。編譯器在標(biāo)準(zhǔn)位置處查找函數(shù)頭文件

Ø 編譯器通過觀察由編譯器定義的“一系列標(biāo)準(zhǔn)位置”查找函數(shù)庫(kù)頭文件。在編譯器的文檔中應(yīng)該說明這些位置是什么，以及怎樣修改它們或者在列表中添加其他位置。

Ø Eg:在Linux系統(tǒng)上的C編譯器在/user/include目錄查找函數(shù)庫(kù)頭文件，該編譯器有一個(gè)命令行選項(xiàng)，允許把其他目錄添加到這個(gè)列表中，這樣就可以創(chuàng)建自己的頭文件函數(shù)庫(kù)。

2>本地文件包含

Ø 語(yǔ)法格式：

#include “filename”

Ø 標(biāo)準(zhǔn)允許編譯器自行決定是否把本地形式的#include和函數(shù)庫(kù)形式的#include區(qū)別對(duì)待。

Ø 可以對(duì)本地頭文件先使用一種特殊的處理方式，如果失敗，編譯器再按照函數(shù)庫(kù)頭文件的處理方式對(duì)它們進(jìn)行處理。

Ø 處理本地頭文件的一種常見策略就是在源文件所在的當(dāng)前目錄進(jìn)行查找，如果該頭文件并未找到，編譯器就像查找函數(shù)庫(kù)頭文件一樣在標(biāo)準(zhǔn)位置查找本地頭文件。

Ø 可以在所有的#include語(yǔ)句中使用雙括號(hào)而不是尖括號(hào)。但是，使用這種方法，有些編譯器在查找函數(shù)庫(kù)頭文件時(shí)可能會(huì)浪費(fèi)時(shí)間。

2.對(duì)函數(shù)庫(kù)頭文件使用尖括號(hào)的另一個(gè)較好的理由是可以給人們提示為函數(shù)頭文件而不是本地文件。

3.UNIX系統(tǒng)和Borland C編譯器也支持使用絕對(duì)路徑名(absolute pathname)，它不僅指定文件的名字，而且指定了文件的位置。

1>UNIX系統(tǒng)中的絕對(duì)路徑名是以一個(gè)斜杠頭開頭，如下所示：

Eg:/home/fred/c/my_proj/declaration2.h

2>在MS-DOS系統(tǒng)中，它所使用的是反斜杠而不是斜杠。

3>如果一個(gè)絕對(duì)路徑名出現(xiàn)在任何一種形式的#include，那么正常的目錄查找就被跳過，因?yàn)檫@個(gè)路徑名指定了頭文件的位置。

4.嵌套文件包含

1>嵌套#include文件的一個(gè)不利之處在于它使得很難判斷源文件之間的真正依賴關(guān)系。

2>嵌套#include文件的另一個(gè)不利之處在于一個(gè)頭文件可能會(huì)被多次包含。

3>多重包含在絕大多數(shù)情況下出現(xiàn)于大型程序中，它往往需要使用很多頭文件，因此要發(fā)現(xiàn)這種情況并不容易。要解決這個(gè)問題，可以使用條件編譯，這樣編寫：

#ifndef _HEADERNAME_H

#define _HEADERNAME_H 1

/*

**All the stuff thatyou want in the header file

*/

#endif

那么，多重包含的危險(xiǎn)就被消除了。當(dāng)頭文件第1次被包含時(shí)，它被正常處理，符號(hào)_HEADERNAME_H 被定義為1。如果頭文件被再次包含，通過條件編譯，它的所有內(nèi)容被忽略。符號(hào)_HEADERNAME_H 按照被包含文件的文件名進(jìn)行取名，以避免由于頭文件使用相同的符號(hào)而引起的沖突。

說明：

前面的例子也可以改為

#define _HEADERNAME_H

使用該條語(yǔ)句，與前面的#define _HEADNAME_H 1效果是等同的。

說明：

1.當(dāng)頭文件被包含時(shí)，位于頭文件內(nèi)所有內(nèi)容都要被編譯。因此，每個(gè)頭文件只應(yīng)該包含一組函數(shù)或數(shù)據(jù)的聲明。

2.使用幾個(gè)頭文件，每個(gè)頭文件包含用于某個(gè)特定函數(shù)或模塊的聲明的做法會(huì)更好一些。

3.只把必要的聲明包含于一個(gè)文件中，這樣文件中的語(yǔ)句就不會(huì)意外的訪問應(yīng)該屬于私有的函數(shù)或變量。

總結(jié)：

1.#argument結(jié)構(gòu)由預(yù)處理器轉(zhuǎn)換為字符串常量”argument”.

2.##操作符用于把它兩邊的文本粘切成同一個(gè)標(biāo)識(shí)符。

3.有些任何既可以用宏也可以用函數(shù)實(shí)現(xiàn)。但是宏與類型無(wú)關(guān)。宏的執(zhí)行速度快于函數(shù)，因?yàn)樗嬖诤瘮?shù)調(diào)用/返回的開銷。但是，使用宏通常會(huì)增加程序的長(zhǎng)度，但函數(shù)確不會(huì)。

4.#include指令用于實(shí)現(xiàn)文件包含。它具有兩種形式。

Ø 如果文件名位于一對(duì)尖括號(hào)中，編譯器將在由編譯器定義的標(biāo)準(zhǔn)位置查找這個(gè)文件，這種形式通常用于包含函數(shù)庫(kù)頭文件。

Ø 另一種形式，文件名出現(xiàn)在一對(duì)雙括號(hào)內(nèi)。不同的編譯器可以用不同的方式處理這種形式。但是，如果用于處理本地頭文件的任何特殊處理方式無(wú)法找到這個(gè)頭文件，那么編譯器接下來就使用標(biāo)準(zhǔn)查找過程來尋找它。這種形式通常用于包含自己編寫的頭文件。

5.文件包含可以嵌套，但很少需要進(jìn)行超過一層或兩層的文件包含嵌套。嵌套的包含文件將會(huì)增加多次包含同一個(gè)文件的危險(xiǎn)，而且很難以確定某個(gè)特定的源文件依賴的究竟是那個(gè)頭文件。

6.不要在一個(gè)宏定義的末尾加上分號(hào)，使其成為一條完整的語(yǔ)句。

7.頭文件只應(yīng)該包含一組函數(shù)函數(shù)和(或)數(shù)據(jù)的聲明

8.把不同集合的聲明分離到不同的頭文件中可以改善信息隱蔽