c：预处理指令（#include、#define、#if等）

环境：

• window11
• x86_64-8.1.0-release-win32-seh-rt_v6-rev0.7z （gcc8.1.0）

环境准备参考：《c/c++: window下安装mingw-w64》

一、从一个test.c文件的编译说起

首先，我们要知道一个 test.c 文件是如何一步步编译成 test.exe的。
总体来说：

• 第一步：预处理器先处理c文件中的预处理指令，如: #include、#if...等，得到一个没有预处理指令的代码文件(txt格式) test.i；
• 第二步：编译器进行词法/语法分析、优化、编译上一步生成的test.i，得到汇编文件(txt格式)test.s；
• 第三步：汇编器将上一步得到的test.s翻译成二进制格式文件test.o；
• 第四步：链接器将上一步得到的test.o和引用的资源做链接生成test.exe；

如下面的示例：

file:test.c

#include 

int main()
{	
	printf("ok");
	return 0;
}
1
2
3
4
5
6
7

编译如下：

我们注意到：预处理器是在编译器开始之前工作的，预处理器的工作内容包含：

摘自：《C程序设计（第四版）学习辅导》
在预处理阶段，预处理器把程序中的注释全部删除；
对预处理指令进行处理，如：把#include指令指定的头文件（如：stdio.h）的内容复制到#include指令处；
对#define指令，进行指定的字符替换（如：将程序中的符号常量用指定的字符串代替），同时删除预处理指令。

当预处理器处理完后，生成的test.i将不再包含预处理指令了。

二、预处理指令有哪些

在c语言中主要有以下三种预处理指令：

• 文件包含：#include；
• 宏定义：#define
• 条件编译：#if...

下面，我们一一讲解：

注意：在后面的test.i文件中我们可能看到#pragma，但它不是预处理指令，#pragma是用来指导编译器行为的。。

三、预处理之文件包含

#include：简单来讲，它就是将指定的文件拷贝到这个指令的地方，并删除这个#include指令。

打开，上面我们生成的test.i文件：

这里，因为牵扯到系统库，有很多级联的东西，我们可以改下test.c的代码：

然后进行编译：

然后，我们再来观察生成的 test.i：

这下我们能一目了然了吧：

• #include 做文件内容的拷贝和替换，同时删除所有注释。
• 头文件可以嵌套引用，替换时做遍历，直到把所有引用的都找到；

另外，C语言不允许头文件之间循环引用，如果你在c.h中再引用a.h，那么 gcc test.c -E -o test.i将会死循环：

另外，我们注意到：test.c中使用了printf()函数，但是我们并没有#include 也没有报错，这就证明 预处理器只是做了源代码文件的整理和替换，并没有涉及到编译。

还有几项问题：

• 和 "stdio.h" 有设么区别？标准库的路径在哪里，我们能不能指定头文件的寻找目录？

  前者表示直接从标准库里找这个头文件，后者表示先在c文件同目录下寻找，找不到再去系统目录下寻找。
  我们从上面第一次编译输出的test.i里能清晰的看到gcc寻找标准库的目录。
  一般我们约定，使用C语言的标准库就是<>这种形式，而其他第三方库或自己写的都用""这种形式。
  .
  如果，我们的头文件和C文件不在一块，可以添加gcc参数，如下：
  
  如果我们用的是vs，可以在工程中配置：
  

四、预处理之宏定义

4.1 简单宏定义

直接看示例：

我们可以看到，预处理器处理完后，代码中不再有 PI这个字符串，它已经被替换成 3.1415926了，就连 #define PI 3.1415926这行也没有了。
这就是最简单的宏定义了，它的本质和#include一样，还是字符串替换。

不过，预处理器也并不是无脑的替换，比如，当PI出现在字符串位置时就不会被替换：

另外，宏定义是可以嵌套使用的，如下：

注意：虽然可以嵌套使用，但我们不要死循环了（就像 #include 一样）！！！

4.2 带参数的宏定义

宏定义也可以带参数的，就像定义函数一样。。。直接看示例吧：

不过，有几点我们需要注意下：

• 带参数的宏定义虽然可以实现函数的功能，但它本质还是字符串替换，使用时尤其小心；
• 带参数的宏定义要求宏名和(之间不能有空格，否则，，，看示例：

  

• 带参数的宏最好将参数用括号包裹起来，否则，，，看示例：
  

4.3 取消宏定义

我们可以使用#undef 取消宏定义，看如下示例：

五、预处理之条件编译

5.1 语法规则

一般情况下，C文件中的所有行都会参与编译，但有时希望程序中的一部分只在满足一定条件时才能参与编译。

对应的语法为：

#ifdef 标识符
	程序段1
#elif 标识符
	程序段2
#else
	程序段3
#endif
1
2
3
4
5
6
7

还有

#if 标识符
	程序段1
#elif 标识符
	程序段2
#else
	程序段3
#endif
1
2
3
4
5
6
7

直接看示例：

上面是我模拟不同平台的代码，实际上，有个经典的例子：

在window和linux下调用sleep函数让程序睡眠是不一样的，如果我们代码想同时兼容linux和window的话，我们可以像下面这样写：

我们注意到，#if和#ifdef有点像啊，但它们是不同的，#if 后面可以跟常量表达式，而 #ifdef后面只能跟宏名：


另外，补充下，还有 #ifndef ，这个表示某个宏不被定义时，如stdio.h中的使用：

5.2 从命令行参数控制条件编译

我们最常用的场景应该是像 __WIN32 和 __linux__ 一样，代码本身不用定义宏，但可以根据环境传入的值进行选择性编译。

那么，我们如何从环境传入宏定义呢？我们可以使用-D定义宏，使用-U取消宏定义，如：
-DMY_MACRO=123 或 -DMY_MACRO 或-UMY_MACRO。

看下面示例：

六、关于预处理的一些思考

6.1 “篡改”源代码

预处理的存在让我们有机会在编译之前去修整我们的代码（本质是字符串替换），但它实际上也算是"篡改"我们的源代码了。

正因为如此，我们可以在上面test.i中看到会有专门标识各个原文件行号的地方，并且预处理指令删除的地方仍然保留空行，这就是为了在实际编译报错的时候能准确定位到test.c中的位置，而非是test.i中的。

6.1 头文件的作用？

经过，#include 指令的讲解，我们知道，头文件的内容会被拷贝到源文件中，那么，既然如此，我们手写一个mystdio.h代替stdio.h会不会时一样的效果呢（内容同 stdio.h）？或者说，我们直接在 test.c的上方声明 prinf函数是不是就可以不用 #include 了？？

我们直接来看下面示例：

看了这个例子，是不是对 头文件 和 #include 的认识又多了些。