C語言之預處理

1 #define name value

　　我再學習預處理直接的驅動力是看了php的源碼，開頭一大推的宏定義器，之前'掌握'的一點#define的用法太少了，根本看不懂源碼中宏的處理邏輯和運行的路徑。所以再學習預處理器很有必要，里面好多東西其實并不難，只是你沒有接觸到，等你學習了，就感覺容易了。

　　一、宏定義和使用中的坑

　　這小節采用先給代碼再說明的形式，這樣你可以看看每個代碼的運行結果是否和你預期的一致！

　　宏是什么，宏就是#define機制把指定的參數替換的文本中，這樣的實現方式就是宏。使用宏定義可以抽出頻繁調用的函數，加快執行的速度。定義如下：#define name(參數)  執行體...  “參數”可以是使用逗號分隔的參數列表，這些參數可以被應用到執行體中，必須要注意的是“參數”的左括號必須和宏名字緊鄰，不然編輯器會報錯，或者被解釋成執行體中的一部分。比如你寫了一個 TEST(a) a * a 調用執行的時候寫上 TEST(1) 實際執行的是替換后的 1 * 1。

　　凡事都有利弊，宏定義固然使用方便，并且有著函數不可比擬的執行速度，但是宏定義中存在不少的坑，下面就說一說這個坑。看下面的代碼：

 1 #include <stdio.h> 2  3 #define TEST(a) a * a 4  5 int main() { 6     int b = TEST(2); 7     int c = TEST(1+2); 8     printf("b=%d, c=%d", b, c); 9     printf("\n\n");10 }

　　沒有執行的情況下，你感覺得到的結果是多少呢！好多人不加思索的說：b=4，c=9。如果真是這樣，就不存在坑了，實際打印出來是：b=4, c=5 ，為什么c的值和預想的會有偏差，其實你把執行體中的值替換一下試試，就不難發現問題了，當輸入1+2的時候，宏替換成了 1+2*1+2，當然就是5了。好了明白了，那你學會了嗎？學會了再看一個：

 1 #include <stdio.h> 2  3 #define TEST(a,b) ((a) > (b) ? (a) : (b)) 4  5 int main() { 6     int zyf = 1; 7     int abc = 2; 8     int ret = TEST(zyf++, abc++); 9     printf("zyf=%d,abc=%d,ret=%d", zyf, abc, ret);10     printf("\n\n");11 }

　　輸出多少呢，如果是 zyf=2,abc=3,ret=3 就錯了，實際結果是：zyf=2,abc=4,ret=3 。道理和前面的一樣，只看替換后的結果才能真正看到答案。

　　這樣的問題防不勝防，怎樣才能解決呢，其實辦法很簡單，錯誤的原因是執行的順序和我們預想的不一樣，那添加小括號應該可以解決這種問題。 比如 (a) * (a)。這樣其實也不是最萬全的辦法，比如你看這個：ADD(a)  (a) + (a) ，如果這樣調用：ADD(2) * 5 ，這樣又不行了，被替換成了 (a) + (a) * 5 執行順序和預想的還是不一樣，所以還要在最外層加上括號：((a) + (a))，這樣就解決了。

　　二、預定義符號

　　C語言中有幾個預定義的符號，還是有必要和大家說上一說，先看一段代碼：

 1 #include <stdio.h> 2 #include <stdlib.h> 3 #define VAR_DUMP printf( \ 4     "[\n \tfile:%s\n" \ 5     "\tline:%d\n" \ 6     "\ttime:%s %s\n" \ 7     "\tvalue:%d\n]", \ 8     __FILE__, __LINE__, __DATE__, __TIME__, value \ 9 )10 int main() {11     int value = 1;12     VAR_DUMP;13     printf("\n\n");14 }

　　是不是和你在大學學習的有點不一樣，最簡單的宏定義可以使用#define name value 的方式，當然也可以把值寫成一個函數，運行的時候直接替換函數。這個宏定義是封裝了調試方法，是打印變量內容能像PHP中var_dump()或者print_r()函數一樣，打印出變量的內容。

從這段代碼中能學習到幾點內容：

1、使用#define可以使任何文本替換到程序中，在主程序中你可以隨意使用VAR_DUMP。

2、宏定義不以分號結束，如果非常長的宏定義，你可以在末尾加上反斜杠來分行，保持代碼易讀性。

3、你可以定義頻繁調用的函數為宏定義，這樣可以加快執行的速速，具體原因后面會說到。

4、C語言有幾個預定的符號需要我們知道，很多時候特別有用：

　　__FILE__ 預編譯的文件名

     __LINE__ 文件當前行的行號（執行到這一行）

　　__DATE__ 文件編譯的日期

　　__TIME__ 文件編譯的具體時間

     __STDC__ 是否遵循ANSI C (不常用)

最后附上運行結果，如圖：

　　三、宏替換的過程

　　在程序的編譯階段，宏先被執行替換，一般要涉及下面的步驟：

　　1、調用宏的地方看是否 進行了 #define定義，如果是就進行替換。

　　2、把替換的文本信息插入到替換的位置，其中參數被替換成了實際的值。

　　3、#define可以包含其他定義的#define定義的東西，需要注意的是不能出現遞歸的情況。

　　因為替換存在臨近字段自動結合，所以可以使用一些巧妙的方案：

 1 #include <stdio.h> 2 #include <stdlib.h> 3  4 #define VAR_DUMP(A,B)\ 5    printf("Value of " #B " is " A "\n", B) 6  7 int main(){ 8     int x = 1; 9     VAR_DUMP("%d", x+2);10 }

　　四、條件編譯和其他宏用法

　　在大型的C程序中你能看到許多的條件編譯，比如可以根據當前的環境加載不同的宏配置，或者在編譯的時候加上直極預設的編譯條件。這些東西的實現都離不開條件編譯。

　　1、條件嵌套，#if   #endif 原型：

1 #if condition2     執行體3 #endif

可以根據condition來確定執行體要不要執行，以此來控制在不同的環境下編譯成不同的系統。看下面的代碼，當把DEBUG定義成非0值時，MAX宏定義是存在的，當定義成0時，程序就會報錯。

 1 #include <stdio.h> 2  3 #define DEBUG 0 4 #if DEBUG 5     #define MAX(a) ((a) * (a)) 6 #endif 7  8 int main() { 9     int b = MAX(2);10     int c = MAX(1+2);11     printf("b=%d, c=%d", b, c);12     printf("\n\n");13 }

當然#if 也可以與#elif嵌套使用，這樣就和我們在函數里使用if else一樣了，下面是一段php源碼中的一段話，你能看到編譯php指定不同的參數，檢查不同的環境等等都可以通過預處理中的條件編譯開完成。

 1 #ifndef PHP_H 2     #define PHP_H 3  4     #ifdef HAVE_DMALLOC 5         #include <dmalloc.h> 6     #endif 7  8     #define PHP_API_VERSION 20100412 9     #define PHP_HAVE_STREAMS10     #define YYDEBUG 011 12     #include "php_version.h"13     #include "zend.h"14     #include "zend_qsort.h"15     #include "php_compat.h"16     #include "zend_API.h"17 18     #undef sprintf19     #define sprintf php_sprintf20 21     /* PHP's DEBUG value must match Zend's ZEND_DEBUG value */22     #undef PHP_DEBUG23     #define PHP_DEBUG ZEND_DEBUG24 25     #ifdef PHP_WIN3226     #    include "tsrm_win32.h"27     #    include "win95nt.h"28     #    ifdef PHP_EXPORTS29     #        define PHPAPI __declspec(dllexport)30     #    else31     #        define PHPAPI __declspec(dllimport)32     #    endif33     #    define PHP_DIR_SEPARATOR '\\'34     #    define PHP_EOL "\r\n"35     #else36     #    if defined(__GNUC__) && __GNUC__ >= 437     #        define PHPAPI __attribute__ ((visibility("default")))38     #    else39     #        define PHPAPI40     #    endif41 42     #    define THREAD_LS43     #    define PHP_DIR_SEPARATOR '/'44     #    define PHP_EOL "\n"45     #endif46 47     #ifdef NETWARE48         /* For php_get_uname() function */49         #define PHP_UNAME  "NetWare"50         #define PHP_OS      PHP_UNAME51     #endif52 53     #if HAVE_ASSERT_H54         #if PHP_DEBUG55             #undef NDEBUG56         #else57             #ifndef NDEBUG58                 #define NDEBUG59             #endif60         #endif61         #include <assert.h>62 63     #else /* HAVE_ASSERT_H */64         #define assert(expr) ((void) (0))65     #endif /* HAVE_ASSERT_H */66 67     #define APACHE 068     #if HAVE_UNIX_H69         #include <unix.h>70     #endif71 72     #if HAVE_ALLOCA_H73         #include <alloca.h>74     #endif75 76     #if HAVE_BUILD_DEFS_H77         #include <build-defs.h>78     #endif79     . . .

　　2、是否已經被定義

      被定義：#if   define() 或者是#ifdef 

　　不被定義：#if !define() 或者是#ifndef

　　前者的寫法雖然沒有后者精煉，但是前者有更多的使用場景，比如下面這種，可以進行嵌套執行。

1 #if defined(DEBUG)2      #ifdef DEBUGTWO3            #define TEST(a) a * a4      #endif5 #endif

　　3、移除一個宏定義,當不再使用一個宏定義后，可以使用undef來把不需要的宏移除，原型：

1 #undef name

　　五、宏命名規則和與函數區別

　　從前面的使用中我們可以看到，宏的使用規則和函數真是一模一樣，但是本質上還是有區別的，在使用中怎樣區別宏和函數，涉及到代碼規范和代碼的可讀性問題。標準的宏使用應該使用大寫字母，這樣在程序中任意地方使用宏都會知道這是一個宏定義。比如前面用到的 #define TEST(a) ((a) * (a))。

　　宏與函數區別有以下幾點：

　　1、執行速度上，宏定義更快，函數因為需要調用棧，存在調用，返回，保存現場的系統開銷，所以比宏要慢。

　　2、代碼長度上，宏在代碼長度上實際是增長的，每一處的使用宏都會把name替換成宏內容如果大量使用，會是代碼顯著增長，新航道雅思培訓函數代碼只有一份，比較節省代碼空間。

　　3、參數類型上，宏沒有參數類型，只要可以 使用都行。函數不一樣，函數有參數類型確定性。正式因為這樣，有些宏能巧妙的利用這一點，完成函數不能完成的任務，看下面代碼（書上看的），巧妙的利用傳遞類型無限制的特點自動開辟想要的各種類型空間：

1 #include <stdio.h>2 #include <stdlib.h>3 4 #define CREATE_P(nums, type) ((type *) malloc((nums) * sizeof(type)))5 6 int main(){7     int nums = 2;8     CREATE_P(nums, int);9 }

　　4、宏定義和函數的使用場景，宏定義一般在程序的開頭，函數轉化成宏定義一定要考慮成本問題，短小精煉的函數轉化成宏使用時最好的，功能負責的函數轉化成宏就有點得不償失了。

　　六、文件包含

　　1、本地文件包含和庫文件包含　　

　　文件包含在大型系統中必然會用到，大型系統宏定義巨多無比，不可能把所有的宏定義都復制到每個文件中，那么文件包含就能解決這種問題。

　　實際上編輯器支持兩種文件包含，一種是我們經常會用的庫文件的包含，比如上面我們看到的：#include <stdio.h>，還有一種是本地文件包含，說白了就是我們自己寫的文件，包含的原型如下：

1 #include <filename>2 #include "filename"

　　這兩種方式都可以進行文件的包含，不同的是第一種是庫文件的包含，標準的C庫函數都會以.h擴展名結尾，第二種是本地文件包含，當編輯器看到第二種方式時，優先查找本路徑下得本地庫文件，如果沒有找到就會像包含庫文件那樣在指定的路徑下去找，這時第二種和第一種就差不多了。第二種包含方式在編碼習慣上也是比較好的，別人看你的代碼很容易知道這個文件是庫函數還是你自己寫的。

　　1、嵌套文件包含

　　大型系統中不僅有大量的文件包含，還會有大量的嵌套文件包含，看下面的例子：

　　a.h，b.h，c.h，define.c文件，其中a,b,c,define文件的內容如下：

 1 a.h: 2 #include "c.h" 3 void var_dumpa(){ 4     test obja; 5     obja.a[1] = 2; 6     printf("obja.a[1]: %d\n", obja.a[1]); 7 } 8  9 b.h:10 #include "c.h"11 void var_dumpb(){12     test objb;13     objb.a[1] = 2;14     printf("objb.a[1]: %d\n", objb.a[1]);15 }16 17 c.h:18 #include <stdlib.h>19 #include <stdio.h>20 21 typedef struct test{22     int a[10];23 }test;24 25 define.c:26 #include <stdio.h>27 #include "a.h"28 #include "b.h"29 30 int main() {31     var_dumpa();32     var_dumpb();33     printf("\n\n");34 }

　　ab文件包含c文件，define.c文件文件引用a,b文件后會引發一個錯誤：typedef struct test類型錯誤，因為c.h文件被包含了兩次，像這種情況在大型系統中會經常遇到，或者說，你會發現重復引用庫文件也不會報錯，由此可見，庫文件一定是使用了解決辦法。其實解決這種錯誤的方案就是采用條件編譯，當這個文件引入到另一個文件中后我們可以設置一個宏定義，比如：

1 #include <stdlib.h>2 #include <stdio.h>3 4 #ifndef PATH_C_H5     #define PATH_C_H 16     typedef struct test{7         int a[10];8     }test;9 #endif

因為每次編譯編譯器都會讀入整個頭文件，如果把所有的文件都加上這個條件編譯的話，那交叉引用文件產生的重復宏編譯問題就解決了，運行如下：

　　好了，就寫這么多吧，重新梳理了對宏定義的認識和基本的使用。時間倉促，出錯的地方請大嬸們一定指出，萬分感謝！