c——预编译

预编译

预编译，又称预处理，顾名思义预先编译，发生于真正编译之前，预编译不属于c语言组成部分，因此预编译无需遵守c语言语法规则

预编译系统本质是文本处理系统，预编译系统对原始source file进行文本处理，处理原始source file中预处理命令，预编译处理后生成的中间source file不再含有预处理命令

预处理命令

预处理命令存在于原始source file中，以#字符起始，预处理命令遵守以下规则：

• 预处理命令以#字符起头，#字符占据行首字符，即#字符前不允许有任何前导字符(空格符，tab符等空白字符除外)

预处理命令有三类：

• 文件包含
• 宏定义
• 条件编译

文件包含

• #include

两种使用格式：

• #include <file>
• #include "file"

文件包含，本质是文件复制，复制#include预处理命令指定的目标文件内容到#include预处理命令处，删除#include预处理命令

注：#include预处理命令中file允许任何文件扩展名(包括无文件扩展名)，但习惯上使用.h文件扩展名，表示header文件

两种使用格式区别：

• #include <file>优先search标准header目录，一旦search到，search terminate，用search到的目标文件内容替换#include预处理命令
• #include "file"优先search自定义header目录，一旦search到，search terminate，用search到的目标文件内容替换#include预处理命令

ctype.h是标准header文件，含isalpha函数对象声明

int isalpha(int ch);

#include <file>头文件包含

#include <ctype.h>void call_isalpha(){    printf("isalpha(65) = %d\n", isalpha(65));}

编译正确，运行正确

现在自定义header文件ctype.h，含自定义isalpha函数对象声明

int isalpha(int* pch);

#include "file"头文件包含

#include "ctype.h"void call_isalpha(){    printf("isalpha(65) = %d\n", isalpha(65));}

编译error，参数类型不匹配

宏定义

• #define：宏定义
• #undef：宏定义取消

#define macro，宏定义，作用是标识符(包括类型标识符，对象标识符，宏定义内容中标识符，不包括宏定义标识符)文本替换，用宏定义内容替换source file中与宏定义相同标识符，替换范围从宏定义处到宏定义取消处或当前source file结束处(如果没有宏定义取消)

#define三种格式

• 无宏替换的宏定义，如#define NAME
• 不带参数的宏定义，如#define NAME "Martin"
• 带参数的宏定义，如#define NAME(first) first，#define NAME(first, last) first" "last

注意：

• 无宏替换的宏定义仅仅表示定义宏，但这个宏定义的宏替换无或不确定(并非默认为空字符串)，无宏替换不同于宏替换为空字符串
• 如果同一source file中重复定义同一宏，则从重复宏定义处始更新宏定义，旧有宏定义失效
• 宏定义的标识符文本替换包括宏定义内容中标识符，此处宏定义内容为当前宏定义之后的后续宏定义内容，不包括当前宏定义内容(否则宏定义无穷递归展开)

void define_macro(){#define NAME    //printf("name = %s\n", NAME);    #define NAME ""    printf("name = %s\n", NAME);    #define NAME "Martin"        printf("name = %s\n", NAME);    #define NAME "Harry"        printf("name = %s\n", NAME);    #define NAME NAME        //printf("name = %s\n", NAME);    #define NAME(first) first        printf("name = %s\n", NAME("Tom"));    //printf("name = %s\n", NAME(Tom));    #define NAME(first, last) first" "last        printf("name = %s\n", NAME("Bob", "George"));    #define NAME_CARD(first, last) "name: "NAME(first, last)        printf("%s\n", NAME_CARD("Bob", "George"));    #define COUNTRY_CODE 86        printf("country code = %d\n", COUNTRY_CODE);    #undef COUNTRY_CODE        //printf("country code = %d\n", COUNTRY_CODE);}

output：

name = name = Martinname = Harryname = Tomname = Bob Georgename: Bob Georgecountry code = 86

条件编译

defined(macro)表达式在预编译期判断在当前位置处宏macro是否定义过，表达式值为布尔型，!defined(macro)则是对defined(macro)表达式值取逻辑非

条件编译三种形式：

• #if：后跟条件表达式，#if condition_exp
• #ifdef：后跟宏，#ifdef macro
• #ifndef：后跟宏，#ifndef macro

#if格式和用法类似于if语句，如果if语句称之为编译版的if语句，则#if可称之为预编译版的if语句，前者存在于编译期，后者存在于预编译期

#if语法和格式为：

#if condition//code list[#elif condition_1//code list ]...[#elif condition_n//code list ][#else//code list ]#endif

注：[]表示optional

根据条件语句匹配逻辑，保留符合条件匹配的分支代码，忽略其他分支代码

#ifdef macro等价于#if defined(macro)，#ifdef macro语法和格式为：

#ifdef macro//code list[#elif condition_1//code list ]...[#elif condition_n//code list ][#else//code list ]#endif

#ifndef macro等价于#if !defined(macro)，#ifndef macro语法和格式为：

#ifndef macro//code list[#elif condition_1//code list ]...[#elif condition_n//code list ][#else//code list ]#endif

应用：

#define COUNTRY_CODE 86void if_condition(){#if COUNTRY_CODE == 1        printf("#if country America\n");    #elif COUNTRY_CODE == 81        printf("#if country Japan\n");    #elif COUNTRY_CODE == 86        printf("#if country China\n");    #else        printf("#if country unkonwn\n");    #endif    #ifdef COUNTRY_CODE        printf("#ifdef macro COUNTRY_CODE defined\n");    #if COUNTRY_CODE == 1        printf("#ifdef country America\n");    #elif COUNTRY_CODE == 81        printf("#ifdef country Japan\n");    #elif COUNTRY_CODE == 86        printf("#ifdef country China\n");    #else        printf("#ifdef country unkonwn\n");    #endif    #endif    #ifndef COUNTRY_CODE        printf("#ifndef macro COUNTRY_CODE undefined\n");    #elif COUNTRY_CODE == 1        printf("#ifndef country America\n");    #elif COUNTRY_CODE == 81        printf("#ifndef country Japan\n");    #elif COUNTRY_CODE == 86        printf("#ifndef country China\n");    #else        printf("#ifndef country unkonwn\n");    #endif}

output：

#if country China#ifdef macro COUNTRY_CODE defined#ifdef country China#ifndef country China

总结：

• #if作为预处理命令发生于预编译期，因此#if中条件表达式在预编译期必须能确定值(true或false)，因此上述COUNTRY_CODE必须为宏
• 预编译不属于c语言组成部分，预编译系统本质是文本处理系统，因此预编译期无需遵守c语言语法规则，也没有对象和内存概念，因此#if中条件表达式中不允许出现对象(包括const对象)，因为对象值只有在编译期或运行期才能确定，而#if中条件表达式值必须在预编译期确定
• #if中条件表达式支持逻辑运算符(&&，||，!)，支持内置类型常量转布尔型常量规则(非0->true，0->false)，条件表达式值类型必须为布尔型，否则编译error
• #ifdef和#ifndef是#if的特殊版本

void if_condition(){#if COUNTRY_CODE == 1        printf("#if country America\n");    #elif COUNTRY_CODE == 81 || COUNTRY_CODE == 86        printf("#if country Japan or China\n");    #else        printf("#if country unkonwn\n");    #endif}

预编译过程

预编译系统作为文本处理系统对原始source file进行文本处理，处理原始source file中预处理命令，预编译处理后生成的中间source file不再含有预处理命令

预编译系统把原始source file当做文本文件进行处理，预编译不是c语言组成部分，因此无需考虑c语言语法规则，预编译系统处理单位为单个原始source file，从头到尾顺序遍历，处理遇到的预处理命令，过程如下：

• 遇到文件包含(#include)预处理命令，复制#include预处理命令指定的目标文件内容到#include预处理命令处，删除#include预处理命令
• 遇到宏定义(#define)预处理命令，读取宏定义，如果宏定义list中无该宏定义，把该宏定义插入到宏定义list，如果宏定义list中已存在该宏定义，用该宏定义进行替换更新，删除#define预处理命令
• 遇到宏定义取消(#undef)预处理命令，读取宏名字，如果宏定义list中已存在该宏名字，在宏定义list中删除该宏名字对应宏定义，删除#undef宏定义取消预处理命令
• 遇到条件编译(#if，#ifdef，#ifndef)预处理命令，把符合条件匹配的分支代码插入到条件编译(#if，#ifdef，#ifndef)预处理命令处，删除条件编译(#if，#ifdef，#ifndef)预处理命令
• 遇到标识符(包括类型标识符，对象标识符，宏定义内容中标识符，不包括宏定义标识符)，在宏定义list中search，如果search到，进行宏替换

注：预编译时内存中维护着宏定义list

预编译技巧

防止文件重包含

header file或source file都可使用#include预处理命令，因此可能会形成意大利面条似的文件包含关系，眼花缭乱，无法理清文件之间复杂的包含关系，可能会产生下面错误：

• 同一source file中多次包含同一header file，造成数据类型重定义error(为了数据类型复用，header file中常放数据类型定义)
• 同一header file直接或间接包含自身，造成无穷递归包含

可使用宏定义预处理命令和条件编译预处理命令来避免这些错误，比如animal头文件，可在animal头文件中放置下面结构：

#ifndef ANIMAL_H#define ANIMAL_H//code list#endif