C语言学习之八——预处理

1. 预处理
   在C语言中，以“#”号 开头的是预处理命令。例如，如包含命令#include <stdio.h>，宏定义 命令#define PI 3.1415926等。在源程序中这些命令都放在函数之外， 而且一般都放在源文件的前面，它们称为预处理部分。

2. 无参宏定义
   2.1无参宏的一般定义形式：#define 标识符 字符串（这里的“#”表示这是一条预处理命令。凡是以“#”开头的均为预处理命令。define 为宏定义命令。“标识符”为所定义的宏名。“字符串”可以是常数、表达式、格式串等。）见例1.

//例1
/#include <stdio.h>
/#define PI 3.1415926 //定义宏PI为3.1415926
void main()
{
double s;
int r;
printf("Please enter the radius : ");
scanf("%d", &r);
s = PI * r * r;
printf("%g\n", s);
}
//Please enter the radius : 5
78.5398

（注：宏定义即为将标识符后面的字符串用标识符替代，如例1中3.1416926就用PI替代，所有要用3.1415926的地方用PI表示就可以。这样的话方便日后修改，因为一改PI所代替的数字则整个程序中的所有有PI的地方所表示的数字则全改。）

2.2宏定义注意事项：
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,这只是一种简单的代换,字符串中可以含任何字符,可以是常数,也可以是表达式,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置换。
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。
4）宏名在源程序中若用引号括起来,则预处理程序不对其作宏代换。
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。见例2.

//例2
/#include <stdio.h>
/#define PI 3.1415926
/#define S PIrr
void main()
{
double s;
int r;
printf("Please enter the radius : ");
scanf("%d", &r);
s = S;
printf("\n\nThe area of the roundness = %g\n\n", s);
}

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 INTEGER int
8) 对“输出格式”作宏定义,可以减少书写麻烦。见例3.

//例3
/#include <stdio.h>
/#define P printf
/#define D "%d\n"
/#define F "%f\n"

void main()
{
int a = 5, c = 8, e = 11;
float b = 3.8, d = 9.7, f = 21.08;

P(D F, a, b);
P(D F, c, d);
P(D F, e, f);
}
（注意：这样做虽然会使得书写变得方便，但是会造成程序的可读性变差，因为程序员每次在读到P时需要将其翻译为printf。）

2.3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代换,是在预处理完成的,而 typedef 是在编译时处理的,它不是作简单的代换,而是对类型说明符重新命名。被命名的标识符具有类型定义说明的功能，见例4.

//例4
/#include <stdio.h>
/
/#define PIN1 char*
/typedef char* PIN2;

void main()
{
PIN1 x, y; //这里的实质就是，char *x, y;
PIN2 a, b; //这里的实质就是，char *a, *b;

printf("By #define : %d %d\n", sizeof(x), sizeof(y));
printf("By typedef : %d %d\n", sizeof(a), sizeof(b));
}
// By #define : 8 1 （字符指针变量占8个字节，因为它存的是地址，字符变量占1个字节）
By typedef : 8 8

3. 带参宏定义
   3.1 概念：C语言允许宏带有参数。在宏定义中的参数称为形式参数,在宏调用中的参数称为实际参数。对带参数的宏,在调用中,不仅要宏展开,而且要用实参去代换形参。
   带参宏定义的一般形式为：#define 宏名 ( 形参表 ) 字符串
   带参宏调用的一般形式为：宏名 ( 实参表 ) ;

//例5
/#include <stdio.h>
/#define MAX(a,b) (a>b)?a:b

void main()
{
int x, y, max;
printf("input two numbers: ");
scanf("%d %d", &x, &y);
max = MAX(x, y); // 这里即将MAX(x, y)替换为(x>y) ? x : y
printf("The max is: %d\n", max);
}
//input two numbers: 6 9
The max is: 9

3.2 带参宏定义的注意事项：
1）带参宏定义中,宏名和形参表之间不能有空格出现。
2）在带参宏定义中,形式参数不分配内存单元,因此不必作类型定义。而宏调用中的实参有具体的值。要用它们去代换形参,因此必须作类型说明。（这是与函数中的情况不同的。在函数中,形参和实参是两个不同的量,各有自己的作用域,调用时要把实参值赋予形参,进行“值传递”。而在带参宏中,只是符号代换,不存在值传递的问题。）
3）在宏定义中的形参是标识符,而宏调用中的实参可以是表达式。见例6.

//例6
/#include <stdio.h>
/#define SAY(y) (y)

void main()
{
int i = 0;
char say[] = {73, 32, 108, 111, 118, 101, 32, 85, 78, 83, 87, 33, 0};
char say2[] = {72, 31, 107, 110, 117, 100, 31, 84, 77, 82, 86, 32, 0};

while( say[i] )
{
say[i] = SAY(say[i]);
say2[i] = SAY(say2[i]+1); //调用表达式作为宏的实参
i++;
}
printf("%s\n", say);
printf("%s\n", say2);
}
//输出： I LOVE UNSW!
I LOVE UNSW!

4）在宏定义中,字符串内的形参通常要用括号括起来以避免出错。在例7中的宏定义中 (y)(y) 表达式的 y 都用括号括起来,因此结果是正确的。如果去掉括号,则会出现错误。见例7.（但需注意，如果将宏用在与宏最外层具有相同运算符优先级的表达式中，则需将宏所定义的表达式用括号将整个表达式括起来，如((y)(y))， 见例8.）

//例7
/#include <stdio.h>
/#define SQ(y) (y)*(y) //这里加上括号是为了防止y为表达式

void main()
{
int a, sq;
printf("input a number: ");
scanf("%d", &a);
sq = SQ(a+1); // sq = (a+1)*(a+1)
printf("sq = %d\n", sq);
}
//input a number: 2
sq = 9

/#include <stdio.h>
/#define SQ(y) y*y

void main()
{
int a, sq;
printf("input a number: ");
scanf("%d", &a);
sq = SQ(a+1); // sq = a+1a+1, 由于运算符优先级，因此会先算,再算+
printf("sq = %d\n", sq);
}
//input a number: 2
sq = 5
input a number: 3
sq = 7

//例8
/#include <stdio.h>
/#define SQ(y) (y)*(y)

void main()
{
float a, sq, i;
printf("input a number: ");
scanf("%f", &a);
sq = 160 / SQ(a + 1); //这里等价于(160 / (a + 1)) * (a + 1)
i = 160 / (a + 1);
printf("%f\n", i);
printf("sq = %f\n", sq);
}
//input a number: 5
输出：26.666666
输出：sq = 160.000000

/#include <stdio.h>
/#define SQ(y) ((y)(y)) // yy试试

void main()
{
float a, sq, i;
printf("input a number: ");
scanf("%f", &a);
sq = 160 / SQ(a + 1); //这里即为160 / ((a + 1) * (a + 1))
i = 160 / (a + 1);
printf("%f\n", i);
printf("sq = %f\n", sq);
}
//input a number: 5
输出：26.666666
输出：sq = 4.444445

5）带参的宏和带参函数很相似,但有本质上的不同,除上面已谈到的各点外,把同一表达式用函数处理与用宏处理两者的结果有可能是不同的。
6）宏定义也可用来定义多个语句,在宏调用时,把这些语句又代换到源程序内。见例9.

//例9
/#include <stdio.h>
/#include <string.h>

/#define STR(s1, s2, s3, sum) strcat( strcat( strcat(sum, s1), s2 ), s3) //定义拼接宏

void main()
{
char str1[] = "I ", str2[] = "love ", str3[] = "UNSW!", str[40] = "";

STR(str1, str2, str3, str); // strcat( strcat( strcat(str, str1), str2 ), str3)，即为数组相拼接
printf("str1 = %s\nstr2 = %s\nstr3 = %s\nStr = %s\n\n\n", str1, str2, str3, str);

str[0] = 0; //数组str清零，将“I love UNSW”从数组str内存单元中清除
STR(str2, str1, str3, str); //再次拼接
printf("str1 = %s\nstr2 = %s\nstr3 = %s\nStr = %s\n\n\n", str1, str2, str3, str);
}
//输出：str1 = I
str2 = love
str3 = UNSW!
Str = I love UNSW!

str1 = I
str2 = love
str3 = UNSW!
Str = love I UNSW!

4. 文件包含的说明：
   1）一个 include 命令只能指定一个被包含文件,若有多个文件要包含,则需用多个 include 命令。
   2）文件包含允许嵌套,即在一个被包含的文件中又可以包含另一个文件。
   3）包含命令中的文件名可以用双引号括起来,也可以用尖括号括起来。例如以下写法都是允许的:

/#include"stdio.h"
/#include<math.h>

（注意：这两种形式是有区别的:使用尖括号表示在包含文件目录中去查找 ( 包含目录是由用户在设置环境时设置的 ) ,而不在源文件目录去查找;使用双引号则表示首先在当前的源文件目录中查找,若未找到才到包含目录中去查找。用户编程时可根据自己文件所在的目录来选择某一种命令形式）

5. 条件编译
   预处理程序提供了条件编译的功能。可以按不同的条件去编译不同的程序部分，因而产生不同的目标代码文件。这对于程序的移植和调试是很有用的。 条件编译有三种规则：
   1）第一种形式:它的功能是,如果标识符已被 #define 命令定义过则对程序段 1进行编译;否则对程序段 2 进行编译。见例10.

//例10
/#ifdef 标识符
程序段 1
/#else
程序段 2
/#endif

如果没有程序段 2( 它为空 ) ,本格式中的#else 可以没有。见例11.

//例11
/#ifdef 标识符
程序段
/#endif

2）第二种形式：见例12.

/#ifndef 标识符 //“ifndef”表示if not define, 意思是判断是否已经进行过预编译
/#define 标识符 字符串
/#endif

//例12
/#include <stdio.h>
void main()
{
char str[40];
int cmp( char *str1, char *str2 );

printf("Please enter the website you like the best : ");
scanf("%s", str);

/#ifndef CORRECT /*判断是否已经进行过预编译，如果没有则进行下一句语句进行预编译， 否则跳过预编译语句，其目的是防止重复编译，提高效率 */
/#define CORRECT "www.myunsw.edu.au"
/#endif
if( cmp( str, CORRECT ) == 0 )
{
printf("Yes, you inputted a correct website!\n");
}
else
{
printf("No, you inputted an incorrect website!\n");
}
}
int cmp( char *str1, char *str2 )
{
int i = 0, j = 0;
while( str2[j] == str1[i] )
{
i++;
j++;
if( !str2[j] )
{
return 0;
}
}
return -1;
}
//Please enter the website you like the best : www.myunsw.edu.au
Yes, you inputted a correct website!

Please enter the website you like the best : www.google.com
No, you inputted an incorrect website!

3）第三种形式：见例13.

/#if 标识符 //这里的标志符即所表示的字符串为真，则执行程序段1，否则执行程序段2
程序段1
/#else
程序段2
/#endif

//例13
/#include <stdio.h>
/#define ROUND 0
/#define PI 3.1415926
void main()
{
int r;
double s;
printf("input a number: ");
scanf("%d", &r);

/#if ROUND
s = r * r * PI;
printf("Area of round is: %6.5f\n\n", s);
/#else
s = r * r;
printf("Area of square is: %6.5f\n\n",s);
/#endif
}
//input a number: 2
Area of square is: 4.00000 (因为这里ROUND表示的是0，所以跳过if后面的子程序，直接执行else后面的子程序)
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

/#include <stdio.h>
/#define ROUND 1
/#define PI 3.1415926
void main()
{
int r;
double s;
printf("input a number: ");
scanf("%d", &r);

/#if ROUND
s = r * r * PI;
printf("Area of round is: %6.5f\n\n", s);
/#else
s = r * r;
printf("Area of square is: %6.5f\n\n",s);
/#endif
}
//input a number: 2
Area of square is: 12.56637 (ROUND表示1，则执行if后面的子程序)

6. 小结
   1）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。
   2）宏定义是用一个标识符来表示一个字符串,这个字符串可以是常量、变量或表达式。在宏调用中将用该字符串代换宏名。
   3）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”。
   4）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。
   5）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。
   6）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。
   7）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。