1、預處理

1、預處理命令的定義

　　使用庫函數之前，應該用#include引入對應的頭文件。這種以#號開頭的命令稱為預處理命令。

　　所謂預處理是指在進行編譯時的第一遍掃描（詞法掃描和語法分析）之前所做的工作。預處理是C語言的一個重要功能，它由於處理程序負責完成。當編譯一個程序時，系統將自動調用預處理程序對程序中“#”開頭的預處理部分進行處理，處理完畢之后可以進入源程序的編譯階段。

　　C語言源文件要經過編譯、鏈接才能生成可執行程序：

　　（1）編譯（Compile）會將源文件（.c文件）轉換為目標文件。對於 VC/VS，目標文件后綴為.obj；對於GCC，目標文件后綴為.o。編譯是針對單個源文件的，一次編譯操作只能編譯一個源文件，如果程序中有多個源文件，就需要多次編譯操作。

　　（2）鏈接（Link）是針對多個文件的，它會將編譯生成的多個目標文件以及系統中的庫、組件等合並成一個可執行程序。

　　在實際開發中，有時候在編譯之前還需要對源文件進行簡單的處理。例如，我們希望自己的程序在 Windows 和 Linux 下都能夠運行，那么就要在 Windows 下使用 VS 編譯一遍，然后在 Linux 下使用 GCC 編譯一遍。但是現在有個問題，程序中要實現的某個功能在 VS 和 GCC 下使用的函數不同（假設 VS 下使用 a()，GCC 下使用 b()），VS 下的函數在 GCC 下不能編譯通過，GCC 下的函數在 VS 下也不能編譯通過，怎么辦呢？

　　這就需要在編譯之前先對源文件進行處理：如果檢測到是 VS，就保留 a() 刪除 b()；如果檢測到是 GCC，就保留 b() 刪除 a()。

　　這些在編譯之前對源文件進行簡單加工的過程，就稱為預處理（即預先處理、提前處理）。

　　預處理主要是處理以#開頭的命令，例如#include <stdio.h>等。預處理命令要放在所有函數之外，而且一般都放在源文件的前面。

　　預處理是C語言的一個重要功能，由預處理程序完成。當對一個源文件進行編譯時，系統將自動調用預處理程序對源程序中的預處理部分作處理，處理完畢自動進入對源程序的編譯。　　

　　編譯器會將預處理的結果保存到和源文件同名的.i文件中，例如 main.c 的預處理結果在 main.i 中。和.c一樣，.i也是文本文件，可以用編輯器打開直接查看內容。　　

　　C語言提供了多種預處理功能，如宏定義、文件包含、條件編譯等，合理地使用它們會使編寫的程序便於閱讀、修改、移植和調試，也有利於模塊化程序設計。

　　C語言中提供了多種預處理功能，如宏定義、文件包含、條件編譯等，合理的使用預處理便於閱讀、修改、移植和調試，也有利於模塊化程序設計。

2、include的用法

　　#include叫做文件包含命令，用來引入對應的頭文件（.h文件）。#include 也是C語言預處理命令的一種。

　　#include 的處理過程很簡單，就是將頭文件的內容插入到該命令所在的位置，從而把頭文件和當前源文件連接成一個源文件，這與復制粘貼的效果相同。

　　#include 的用法有兩種，如下所示：

#include <stdio.h>    //使用尖括號表示在系統頭文件目錄中去找
#include “math.h”   //使用雙引號表示首先在當前的源文件目錄中去查找，若未找到再到系統頭文件目錄中去找

　　使用尖括號< >和雙引號" "的區別在於頭文件的搜索路徑不同：

　　　　使用尖括號< >，編譯器會到系統路徑下查找頭文件；

　　　　而使用雙引號" "，編譯器首先在當前目錄下查找頭文件，如果沒有找到，再到系統路徑下查找。

　　也就是說，使用雙引號比使用尖括號多了一個查找路徑，它的功能更為強大。

　　stdio.h 和 stdlib.h 都是標准頭文件，它們存放於系統路徑下，所以使用尖括號和雙引號都能夠成功引入；而我們自己編寫的頭文件，一般存放於當前項目的路徑下，所以不能使用尖括號，只能使用雙引號。

　　當然，你也可以把當前項目所在的目錄添加到系統路徑，這樣就可以使用尖括號了，但是一般沒人這么做，純粹多此一舉，費力不討好。

　　在以后的編程中，大家既可以使用尖括號來引入標准頭文件，也可以使用雙引號來引入標准頭文件；不過，我個人的習慣是使用尖括號來引入標准頭文件，使用雙引號來引入自定義頭文件（自己編寫的頭文件），這樣一眼就能看出頭文件的區別。

　　關於 #include 用法的注意事項：

• 一個 #include 命令只能包含一個頭文件，多個頭文件需要多個 #include 命令。
• 同一個頭文件可以被多次引入，多次引入的效果和一次引入的效果相同，因為頭文件在代碼層面有防止重復引入的機制。
• 文件包含允許嵌套，也就是說在一個被包含的文件中又可以包含另一個文件。

3、宏定義define

　　#define 叫做宏定義命令，它也是C語言預處理命令的一種。所謂宏定義，就是用一個標識符來表示一個字符串，如果在后面的代碼中出現了該標識符，那么就全部替換成指定的字符串。

　　（1）、無參宏定義

　　格式：#define   宏名  字符串

　　#表示這是一條預處理命令，所有的預處理命令都以 # 開頭。宏名是標識符的一種，命名規則和變量相同。字符串可以是數字、表達式、if 語句、函數等。

　　字符串可以是常量、表達式、格式串等

　　注意：字符串為表達式時該加括號時記得加括號，如果字符串后面有分號會連分號一同替換。

　　例如：

#define N 100

　　N為宏名，100是宏的內容（宏所表示的字符串）。在預處理階段，對程序中所有出現的“宏名”，預處理器都會用宏定義中的字符串去代換，這稱為“宏替換”或“宏展開”。

　　宏定義是由源程序中的宏定義命令#define完成的，宏替換是由預處理程序完成的。

　　宏定義只是簡單的字符串代換，是在預處理完成的，而typedef是在編譯時處理的，它不是簡單地代換，而是對類型說明符重新命名。

　　宏定義的作用域包括從宏定義命名起到源程序結束，如果要終止其作用域可以使用#undef命令來取消宏定義：

　　格式：#undef 標識符   

　　（2）、帶參宏定義

　　格式：#define 宏名（形參表）  字符串

　　注意：宏名域形參表之間不能有空格出現，否則會把形參當做字符串處理

　　C語言允許宏帶有參數。在宏定義中的參數稱為“形式參數”，在宏調用中的參數稱為“實際參數”，這點和函數有些類似。對帶參數的宏，在展開過程中不僅要進行字符串替換，還要用實參去替換形參。

　　帶參宏定義和函數的區別：

　　帶參數的宏和函數很相似，但有本質上的區別：宏展開僅僅是字符串的替換，不會對表達式進行計算；宏在編譯之前就被處理掉了，它沒有機會參與編譯，也不會占用內存。而函數是一段可以重復使用的代碼，會被編譯，會給它分配內存，每次調用函數，就是執行這塊內存中的代碼。

　　（3）C語言宏參數的字符串化和宏參數的連接

　　在宏定義中，有時還會用到#和##兩個符號，它們能夠對宏參數進行操作：

　　#用來將宏參數轉換為字符串，也就是在宏參數的開頭和末尾添加引號。例如有如下宏定義：

#define STR(s) #s

那么：
printf("%s", STR(c.biancheng.net));
printf("%s", STR("c.biancheng.net"));

分別被展開為：
printf("%s", "c.biancheng.net");
printf("%s", "\"c.biancheng.net\"");

　　可以發現，即使給宏參數“傳遞”的數據中包含引號，使用#仍然會在兩頭添加新的引號，而原來的引號會被轉義。　　

　　##稱為連接符，用來將宏參數或其他的串連接起來。例如有如下的宏定義：

#define CON1(a, b) a##e##b
#define CON2(a, b) a##b##00

那么：
printf("%f\n", CON1(8.5, 2));
printf("%d\n", CON2(12, 34));

將被展開為：
printf("%f\n", 8.5e2);
printf("%d\n", 123400);

　　對 #define 用法的幾點說明

　　（1）宏定義是用宏名來表示一個字符串，在宏展開時又以該字符串取代宏名，這只是一種簡單粗暴的替換。字符串中可以含任何字符，它可以是常數、表達式、if 語句、函數等，預處理程序對它不作任何檢查，如有錯誤，只能在編譯已被宏展開后的源程序時發現。

　　（2）宏定義不是說明或語句，在行末不必加分號，如加上分號則連分號也一起替換。

　　（3）宏定義必須寫在函數之外，其作用域為宏定義命令起到源程序結束。如要終止其作用域可使用#undef命令。

　　（4）代碼中的宏名如果被引號包圍，那么預處理程序不對其作宏代替。

　　（5）宏定義允許嵌套，在宏定義的字符串中可以使用已經定義的宏名，在宏展開時由預處理程序層層代換。

　　（6）習慣上宏名用大寫字母表示，以便於與變量區別。但也允許用小寫字母。

　　（7）可用宏定義表示數據類型，使書寫方便。

　　應注意用宏定義表示數據類型和用 typedef 定義數據說明符的區別。宏定義只是簡單的字符串替換，由預處理器來處理；而 typedef 是在編譯階段由編譯器處理的，它並不是簡單的字符串替換，而給原有的數據類型起一個新的名字，將它作為一種新的數據類型。

4、預定義宏

　　在C語言中，有一些預處理定義的符號串，他們的值是字符串常量，或者是十進制數字常量，通常在調試程序時用於輸出源程序的各項信息。

符號		含義
_FILE_	字符串常量	正在預編譯的源文件名
_FUNCTION_		當前所在的函數名
_DATE_		預編譯文件的日期
_TIME_		預編譯文件的時間
_LINE_	整數常量	文件當前行的行號
_STDC_		如果編譯器遵循ANSI C，則值為1

5、條件編譯

　　預處理程序提供了條件編譯的功能，可以按不同的條件去編譯不同的程序代碼，從而產生不同的目標代碼文件，這對於程序的移植和調試是很有用的。避免了重復引用相同的頭文件。

　　（1）#if的一般格式

#if 標識符
    程序段1
#else
    程序段2
#endif 


#if 標識符
    程序段1
#elif 標識符
    程序段2
#endif 


#if 標識符
    程序段1
#elif 標識符
    程序段2
#elif 標識符
    程序段3
#else
    程序段4
#endif 

標識符值為真，就執行程序段1，否則執行程序段2.

　　（2）#ifdef的一般格式

#ifdef 標識符
    程序段 
#endif


#ifdef 標識符
    程序段1
#else
    程序段2
#endif

若標識符已經被define宏定義過，就執行程序段1，否則執行1程序段2。

　　（3）#ifndef的一般格式

#ifndef 標識符
    程序段
#endif


#ifndef 標識符
    程序段1
#else
    程序段2
#endif

若標識符沒有被define宏定義過，就執行程序段1，否則執行1程序段2。

　　三者之間的區別

　　最后需要注意的是，#if 后面跟的是“整型常量表達式”，而 #ifdef 和 #ifndef 后面跟的只能是一個宏名，不能是其他的。

6、#error命令

　　#error 指令用於在編譯期間產生錯誤信息，並阻止程序的編譯，其形式如下：

#error error_message　　

　　例如，我們的程序針對 Linux 編寫，不保證兼容 Windows，那么可以這樣做：

#ifdef WIN32
#error This programme cannot compile at Windows Platform
#endif

　　WIN32 是 Windows 下的預定義宏。當用戶在 Windows 下編譯該程序時，由於定義了 WIN32 這個宏，所以會執行 #error 命令，提示用戶發生了編譯錯誤，錯誤信息是：

This programme cannot compile at Windows Platform

7、預處理總結

　　預處理指令是以#號開頭的代碼行，# 號必須是該行除了任何空白字符外的第一個字符。# 后是指令關鍵字，在關鍵字和 # 號之間允許存在任意個數的空白字符，整行語句構成了一條預處理指令，該指令將在編譯器進行編譯之前對源代碼做某些轉換。

　　下面是本章涉及到的部分預處理指令：

指令	說明
#	空指令，無任何效果
#include	包含一個源代碼文件
#define	定義宏
#undef	取消已定義的宏
#if	如果給定條件為真，則編譯下面代碼
#ifdef	如果宏已經定義，則編譯下面代碼
#ifndef	如果宏沒有定義，則編譯下面代碼
#elif	如果前面的#if給定條件不為真，當前條件為真，則編譯下面代碼
#endif	結束一個#if……#else條件編譯塊

　　預處理功能是C語言特有的功能，它是在對源程序正式編譯前由預處理程序完成的，程序員在程序中用預處理命令來調用這些功能。

　　宏定義可以帶有參數，宏調用時是以實參代換形參，而不是“值傳送”。

　　為了避免宏代換時發生錯誤，宏定義中的字符串應加括號，字符串中出現的形式參數兩邊也應加括號。

　　文件包含是預處理的一個重要功能，它可用來把多個源文件連接成一個源文件進行編譯，結果將生成一個目標文件。

　　條件編譯允許只編譯源程序中滿足條件的程序段，使生成的目標程序較短，從而減少了內存的開銷並提高了程序的效率。

　　使用預處理功能便於程序的修改、閱讀、移植和調試，也便於實現模塊化程序設計。