【C语言 |预处理指令】预处理指令详解（包括编译与链接）

目录

一、编译与链接

 1.翻译环境

          -预处理

          -编译

          -汇编

          -链接

2.执行环境

二、预定义符号

三、#define定义常量

四、#define定义宏

五、带有副作用的宏参数

六、宏替换的规则

七、 宏函数的对比

八、#和##

1.#运算符

2.##运算符

九、命名约定

十、#undef

十一、 命令行定义

十二、 条件编译

十三、 头文件的包含

1.本地头文件包含

2.库文件包含

十四、 其他预处理指令

一、编译与链接

在ANSI C的任何⼀种实现中，存在两个不同的环境

第一种呢就是翻译环境，顾名思义就是将源代码被转换为可执行的二进制指令

第二种呢就是执行环境，可用于实际执行代码，并且输出结果

然后我们再来说翻译环境，是如何将一段代码转换为可执行的二进制指令的呢

其实编译这一部分又分为了预处理（预编译），编译，汇编 

 在一个程序中可能会有多个.c文件，这些文件会单独的经过编译处理生成对应的目标文件

Windows环境下生成的目标文件后缀为.obj，Linux环境下生成的目标文件为.o

多个目标文件跟链接库一起经过链接器的处理最终生成可执行程序

链接库呢，它是指运行时库（支持程序运行的基本函数集合）第三方库

知道了上面的操作，我们就可以展开，成为了以下这个过程

 1.翻译环境

          -预处理

在预处理阶段，源文件和头文件会被处理为.i为后缀的文件，处理规则如下

• 将所有的#define删除，并且展开所有宏定义
• 处理所有的条件编译指令
• 处理#include 预编译指令，将包含的头文件的内容插⼊到该预编译指令的位置
• 删除所有的注释
• 添加行号文件名标识， ⽅便后续编译器生成调试信息等
• 或保留所有的#pragma的编译器指令，编译器后续会使用

          -编译

1. 将源代码程序被输⼊扫描器进行词法分析，把代码中的字符分割成⼀系列 的记号（关键字、标识符、字⾯量、特殊字符等）
2. 接下来语法分析器，将对扫描产⽣的记号进⾏语法分析，从而产生语法树。这些语法树是以表达式为节点的树
3. 由语义分析器来完成语义分析，即对表达式的语法层⾯分析。静态语义分析通常包括声明和类型的匹配，类型的转换等。这个阶段会报告错误的语法信息。

          -汇编

汇编器是将汇编代码转转变成机器可执行的指令，每⼀个汇编语句⼏乎都对应⼀条机器指令

就是根据汇编指令和机器指令的对照表⼀⼀的进行翻译，也不做指令优化

          -链接

• 程序必须载⼊内存中。在有操作系统的环境中：⼀般这个由操作系统完成。
• 在独⽴的环境中，程序的载⼊必须由手工安排，也可能是通过可执⾏代码置⼊只读内存成。
• 程序的执⾏便开始。接着便调⽤main函数。

• 开始执⾏程序代码。这个时候程序将使⽤⼀个运⾏时堆栈（stack），存储函数的局部变量和返回地址。程序同时也可以使⽤静态（static）内存，存储于静态内存中的变量在程序的整个执行过程⼀直保留他们的值。
• 终⽌程序。正常终⽌main函数；也有可能是意外终止

__FILE__ //进⾏编译的源⽂件
__LINE__ //⽂件当前的⾏号
__DATE__ //⽂件被编译的⽇期
__TIME__ //⽂件被编译的时间
__STDC__ //如果编译器遵循ANSI C，其值为1，否则未定义

三、#define定义常量

基本语法 

# define name stuff

当然所定义的类型没有限制，可以为了定义值，可以为了替换复杂名字，也可以为了省事，下面这几种都是正确的定义方法： 

#define MAX 1000
 
#define float f //为 float这个关键字，创建⼀个简短的名字
 
#define forever for(;;) //⽤更形象的符号来替换⼀种实现（死循环）
 
#define CASE break;case //在写case语句的时候⾃动把 break写上
 
 
#define DEBUG_PRINT printf("file:%s\tline:%d\t \
 date:%s\ttime:%s\n" ,\
 __FILE__,__LINE__ , \
 __DATE__,__TIME__ );

 /如果定义的过长，可以分成几行写，除了最后一行外，后⾯都加⼀个反斜杠  \  (续行符)

 所以宏的定义可以各式各样，给了我们很大的自由度，使我们能尽情去发挥自己想象

那么还有一个问题在定义定义的标识符的时候需不需要加；呢，答案是否定的，就比如说

#define PR printf("hehe");
 
int main()
{
    PR;        //加了分号就相当于 printf("hehe");;  容易发生错误
    
    return 0;
}

为了避免上述的这个错误，我们定义的标识符的时候不需要加；

四、#define定义宏

 #define name( list ) stuff

#define SUPP( x ) x * x
 
 
int main()
{
    SUPP(2,3);
 
    return 0;
}

但同时会存在一些问题

#define SUPP( x ) x * x
 
 
int main()
{
    SUPP(2);  // 2 * 2  == 4
 
    SUPP(2+1);  // 2 + 1 * 2 + 1  == 5
 
    10 * SUPP(5+2);  //10 * 5 + 2 * 5 + 2  == 62
 
    return 0;
}

因为被定义的宏是预处理阶段所进行的，在预处理的时候直接替换函数中的表达式，所以难免会有许多操作符，优先级之类的问题，这个解决问题的方法就是在表达式加上对括号就解决了

#define SUPP( x) ( ( x ) + ( x ) )

五、带有副作用的宏参数

a = 1;
 
//a赋值的同时自己的值也改变了
 
b = a++;  // a = 2,b = 1;
 
a+1;//不带副作⽤
a++;//带有副作⽤

#define MAX(a, b) ( (a) > (b) ? (a) : (b) )
...
x = 5;
y = 8;
z = MAX(x++, y++);
printf("x=%d y=%d z=%d\n", x, y, z);//输出的结果是什么？

x = 5,y = 8;
 
MAX(x++,y++) 替换为 ((x++)>(y++)?(x++)(y++))
                      x=6   y=9         y=10
                       5 > 8假，执行y++

1. 在调用宏时，首先对参数进行检查，看看是否包含任何由#define定义的符号。如果是，它们首先被替换。
2. 替换文本随后被插入到程序中原来文本的位置。对于宏，参数名被他们的值所替换。
3. 最后，再次对结果文件进行扫描，看看它是否包含任何由#define定义的符号。如果是，就重复上述处理过程。

七、 宏函数的对比

#define MAX(a, b) ((a)>(b)?(a):(b))
 
//定义宏和函数的两种方式
 
int Max(a,b)
{
    return ((a)>(b)?(a):(b));
}

 我们从以下几个方面来分析宏 和 函数 的优缺点：

1. 代码长度：#define所定义的宏，每次使用的时候都会被插入到程序中，除了特别小的宏以外，程序的长度会大幅度增长；而函数的代码只出现一个地方，调用都用同一份
2. 执行速度：#define所定义的宏更快；二函数存在着调用和返回等额外的步骤速度会慢一些
3. 操作符优先级：#define所定义的宏求值是在上下文的环境中，结果不可预测 会存在着很多的问题；而函数的参数只在函数调用时候将结果传给函数，表达式课预测
4. 带有副作用的参数：#define所定义的宏参数可能会被替换多个位置，多次被计算，对值有着不可预测的结果；函数只在传参的时候求值易控制
5. 参数类型：#define所定义的宏与类型无关，只要操作是合法的，可以适用于任何参数类型；函数的参数是与类型有关，如果类型不同，所需的函数也不同
6. 调试：宏是不能调试的；函数是可以逐句逐条调试
7. 递归：宏是不能递归的；函数是可以递归的

八、#和##

1.#运算符

先给大家补充一个知识点，字符串中包含的字符串两个会合成一个字符串

printf("haha""hehe");
 
//两个输出的结果相同
 
printf("hahahehe");

#define PRI(n) printf("the value of "#n " is %d", n);
 
 
int main()
{
 
    PrT(6); //printf("the value of "#n " is %d", n);
    return 0;
}

2.##运算符

int int_max(int x, int y)
{
 return x>y?x:y;
}
float float_max(float x, float y)
{
 return x>yx:y;
}

#define GENERIC_MAX(type)		    \
type type##_max(type x,typey)		\
{									\
	return (x>y?x:y);				\
}									\

	GENERIC_MAX(int);   //替换到宏体内后int##_max ⽣成了新的符号 int_max做函数名
	GENERIC_MAX(float); //替换到宏体内后float##_max ⽣成了新的符号 float_max做函数名

在预处理阶段，预处理中的所有type全部被替换 

九、命名约定

把宏名全部⼤写   ，函数名不要全部⼤写

十、#undef

#undef NAME
//如果现存的⼀个名字需要被重新定义，那么它的旧名字⾸先要被移除。

十一、 命令行定义

十二、 条件编译

#if 常量表达式
 //...
#endif
//常量表达式由预处理器求值。
如：
#define __DEBUG__ 1
#if __DEBUG__
 //..
#endif
 
 
#if 常量表达式
 //...
#elif 常量表达式
 //...
#else
 //...
#endif
 
 
#if defined(symbol)
#ifdef symbol
#if !defined(symbol)
#ifndef symbol

十三、 头文件的包含

1.本地头文件包含

#include "filename"

拿双引号引用

2.库文件包含

#include 

拿单尖括号引用

#ifndef __TEST_H__  \\当未定义这个头文件时才会执行下面
#define __TEST_H__
 
.....
 
#endif

#pragma once

十四、 其他预处理指令

希望对你有帮助