C中的预编译宏定义

C 中的预编译宏定义 .txt38 当乌云布满天空时，悲观的人看到的是“黑云压城城欲摧”，乐观 的人看到的是“甲光向日金鳞开”。无论处在什么厄运中，只要保持乐观的心态，总能找到这 样奇特的草莓。在将一个 C 源程序转换为可执行程序的过程中, 编译预处理是最初的步骤. 这一步骤是由预处理器(preprocessor)来完成的.在源流程序被编译器处理之前，预处理器 首先对源程序中的宏(macro)进行处理.C初学者可能对预处理器没什么概念，这是情有可原的：一般的C编译器都将预处理，汇编， 编译， 连接过程集成到一起了. 编译预处理往往在后台运行. 在有的 C 编译器中， 这些过程 统统由一个单独的程序来完成， 编译的不同阶段实现这些不同的功能. 可以指定相应的命令 选项来执行这些功能.有的C编译器使用分别的程序来完成这些步骤.可单独调用这些程序 来完成.在gcc中，进行编译预处理的程序被称为CPP,它的可执行文件名为cpp.编译预处理命令的语法与C语言的语法是完全独立的.比如：你可以将一个宏扩展为与C语 法格格不入的内容，但该内容与后面的语句结合在一个若能生成合法的C语句，也是可以正 确编译的.( 一 ) 预处理命令简介注意： 函数宏对参数类型是不敏感的， 你不必考虑将何种数据类型传递给宏. 那么， 如何构 建对参数类型敏感的宏呢? 参考本章的第九部分， 关于#的介绍.关于定义宏的另外一些问题(1) 宏可以被多次定义， 前提是这些定义必须是相同的. 这里的相同要求先后定义中空白 符出现的位置相同， 但具体的空白符类型或数量可不同， 比如原先的空格可替换为多个其他 类型的空白符： 可为 tab， 注释.e.g.#define NULL 0#define NULL /* null pointer */ 0 上面的重定义是相同的， 但下面的重定义不同：#define fun(x) x+1#define fun(x) x + 1 或： #define fun(y) y+1如果多次定义时，再次定义的宏内容是不同的，gcc会给出NAME redefined警告信息.应该避免重新定义函数宏，不管是在预处理命令中还是C语句中，最好对某个对象只有单一 的定义. 在 gcc 中， 若宏出现了重定义， gcc 会给出警告.(2) 在 gcc 中， 可在命令行中指定对象宏的定义：e.g.$ gcc -Wall -DMAX=100 -o tmp tmp.c相当于在 tmp.c 中添加 #define MAX 100.那么，如果原先tmp.c中含有MAX宏的定义，那么再在gcc调用命令中使用-DMAX,会出现什 么情况呢?-若-DMAX=1,则正确编译.-若-DMAX的值被指定为不为1的值，那么gcc会给出MAX宏被重定义的警告，MAX的值仍为 1.注意: 若在调用 gcc 的命令行中不显示地给出对象宏的值, 那么 gcc 赋予该宏默认值(1), 如: -DVAL = -DVAL=1(3) #define 所定义的宏的作用域宏在定义之后才生效，若宏定义被#undef取消，贝l#undef之后该宏无效.并且字符串中的 宏不会被识别e.g.#define ONE1sum = ONE +TWO/*sum =1+TWO */#define TWO2sum = ONE +TWO/*sum =1+2 */#undef ONEsum = ONE +TWO/*sum =ONE+ 2 */char c = TWO /* c = TWO， NOT 2! */(4) 宏的替换可以是递归的， 所以可以嵌套定义宏.e.g.# define ONE NUMBER_1# define NUMBER_1 1int a = ONE /* a = 1 */2， #undef#undef用来取消宏定义，它与#define对立：#undef name如够被取消的宏实际上没有被#define所定义，针对它的#undef并不会产生错误. 当一个宏定义被取消后， 可以再度定义它.3， #if， #elif， #else， #endif#if， #elif， #else， #endif 用于条件编译：#if 常量表达式 1语句.#elif 常量表达式 2语句.#elif 常量表达式 3语句.#else语句.#endif#if和#else分别相当于C语句中的if, else.它们根据常量表达式的值来判别是否执行后 面的语句.#elif相当于C中的else-if.使用这些条件编译命令可以方便地实现对源代码内 容的控制.else 之后不带常量表达式, 但若包含了常量表达式, gcc 只是给出警告信息.使用它们可以提升代码的可移植性-针对不同的平台使用执行不同的语句. 也经常用于大 段代码注释.e.g.#if 0一大段代码;#endif常量表达式可以是包含宏，算术运算，逻辑运算等等的合法C常量表达式，如果常量表达式 为一个未定义的宏, 那么它的值被视为 0.#if MACRO_NON_DEFINED = #if 0在判断某个宏是否被定义时，应当避免使用#if,因为该宏的值可能就是被定义为0.而应 当使用下面介绍的#ifdef或#ifndef.注意：#if, #elif, #else之后的宏只能是对象宏.如果name为名的宏未定义，或者该宏是 函数宏.那么在gcc中使用-Wundef选项会显示宏未定义的警告信息.4, #ifdef, #ifndef, defined.#ifdef, #ifndef, defined 用来测试某个宏是否被定义#ifdef name 或 #ifndef name它们经常用于避免头文件的重复引用：#ifndef _FILE_H_#define _FILE_H_#include file.h#endifdefined(name)： 若宏被定义, 则返回 1, 否则返回 0.它与#if, #elif, #else结合使用来判断宏是否被定义，乍一看好像它显得多余，因为已经 有了#ifdef和#ifndef. defined用于在一条判断语句中声明多个判别条件：#if defined(VAX) & defined(UNIX) & !defined(DEBUG)和#if, #elif, #else不同，#indef, #ifndef, defined测试的宏可以是对象宏，也可以是 函数宏.在gcc中使用-Wundef选项不会显示宏未定义的警告信息.5, #include , #include_next#include用于文件包含.在#include命令所在的行不能含有除注释和空白符之外的其他任 何内容.#include headfile#include#include 预处理标记前面两种形式大家都很熟悉, #include 预处理标记 中, 预处理标记会被预处理器进行替 换, 替换的结果必须符合前两种形式中的某一种.实际上，真正被添加的头文件并不一定就是#include中所指定的文件.#includeheadfile 包含的头文件当然是同一个文件,但#include包包含的系统头文件可能是另外的文件. 但这不值得被注意. 感兴趣的话可以查看宏扩展后到底引入了哪些系统头文件.关于#include headfile和#include的区别以及如何在gcc中包含头文件的详细信息，参 考本blog的GCC笔记.相对于#include,我们对#include_next不太熟悉.#include_next仅用于特殊的场合.它被 用于头文件中（#include既可用于头文件中，又可用于.c文件中）来包含其他的头文件.而 且包含头文件的路径比较特殊: 从当前头文件所在目录之后的目录来搜索头文件.比如：头文件的搜索路径一次为A,B,C,D,E. #include_next所在的当前头文件位于B目录, 那么#include_next使得预处理器从C,D,E目录来搜索#include_next所指定的头文件.可参考cpp手册进一步了解#include_next6, 预定义宏标准C中定义了一些对象宏，这些宏的名称以_开头和结尾，并且都是大写字符.这些预 定义宏可以被#undef,也可以被重定义.F面列出一些标准C中常见的预定义对象宏（其中也包含gcc自己定义的一些预定义宏:_LINE_ _FILE_ _DATE_ _TIME_当前语句所在的行号, 以 10 进制整数标注.当前源文件的文件名, 以字符串常量标注.一程序被编译的日期，以Mmm dd yyyy格式的字符串标注.一程序被编译的时间，以hh:mm:ss格式的字符串标注，该时间由asctime返回._STDC_一如果当前编译器符合ISO标准，那么该宏的值为1_STDC_VERSION_ 如果当前编译器符合 C89, 那么它被定义为 199409L, 如果符合 C99, 那 么被定义为 199901L.我用gcc,如果不指定-std=c99,其他情况都给出_STDC_VERSION_未定义的错误信息，咋 回事呢?_STDC_HOSTED_如果当前系统是本地系统（hosted），那么它被定义为1.本地系统表示 当前系统拥有完整的标准C库.gcc 定义的预定义宏:_OPTMIZE_ 如果编译过程中使用了优化, 那么该宏被定义为 1._OPTMIZE_SIZE_ 同上, 但仅在优化是针对代码大小而非速度时才被定义为 1._VERSION_ 显示所用 gcc 的版本号.可参考GCC the comple te reference.要想看到 gcc 所定义的所有预定义宏, 可以运行: $ cpp -dM /dev/null7, #line#line 用来修改_LINE_和_FILEe.g.printf(line： %d, file： %s , #line 100 haha_LINE_,_FILE_);printf(line： %d, file： %s ,_LINE_,_FILE_);printf(line： %d, file： %s ,_LINE_,_FILE_);显示：line： 34,file：1.cline： 100,file：hahaline： 101,file：haha8, #pragma, _Pragma#pragma用编译器用来添加新的预处理功能或者显示一些编译信息.#pragma的格式是各编译 器特定的, gcc 的如下:#pragma GCC name token(s) #pragma 之后有两个部分: GCC 和特定的 pragma name. 下面分别介绍 gcc 中常用的.(1) #pragma GCC dependencydependency测试当前文件(既该语句所在的程序代码)与指定文件(既#pragma语句最后列出 的文件)的时间戳. 如果指定文件比当前文件新, 则给出警告信息.e.g.在 demo.c 中给出这样一句:#pragma GCC dependency temp-file然后在demo.c所在的目录新建一个更新的文件：$ touch temp-file,编译：$ gcc demo.c会 给出这样的警告信息: warning: current file is older than temp-file 如果当前文件比指定的文件新, 则不给出任何警告信息.还可以在在#pragma中给添加自定义的警告信息.e.g.#pragma GCC dependency temp-file demo.c needs to be updated!1. c：27：38： warning： extra tokens at end of #pragma directive 1.c：27：38： warning： current file is older than temp-file 注意：后面新增的警告信息要用引用起来，否则gcc将给出警告信息.(2) #pragma GCC poison token(s)若源代码中出现j#pragma中给出的token(s),则编译时显示警告信息.它一般用于在调用 你不想使用的函数时候给出出错信息.e.g.#pragma GCC poison scanf scanf(%d, &a);warning: extra tokens at end of #pragma directive error: attempt to use poisoned scanf注意, 如果调用了 poison 中给出的标记, 那么编译器会给出的是出错信息. 关于第一条警 告，我还不知道怎么避免，用将token(s)引用起来也不行.(3) #pragma GCC system_header从#pragma GCC system_header直到文件结束之间的代码会被编译器视为系统头文件之中的 代码.系统头文件中的代码往往不能完全遵循C标准，所以头文件之中的警告信息往往不显 示. (除非用 #warning 显式指明).(这条#pragma语句还没发现用什么大的用处)由于#pragma不能用于宏扩展，所以gcc还提供了_Pragma:e.g.#define PRAGMA_DEP #pragma GCC dependency temp-file由于预处理之进行一次宏扩展，采用上面的方法会在编译时引发错误，要将#pragma语句定 义成一个宏扩展，应该使用下面的_Pragma语句：#define PRAGMA_DEP _Pragma(GCC dependency temp-file) 注意， ()中包含的引用之前引该加上转义字符.9， #， #和#用于对字符串的预处理操作， 所以他们也经常用于 printf， puts 之类的字符串显示函 数中 .#用于在宏扩展之后将 tokens 转换为以 tokens 为内容的字符串常量.e.g.#define TEST(a，b) printf( #a #b =%d ， (a)(b);注意: #只针对紧随其后的 token 有效!#用于将它前后的两个token组合在一起转换成以这两个token为内容的字符串常量.注意 #前后必须要有 token.e.g.#define TYPE(type， n) type n之后调用:TYPE(int， a) = 1;TYPE(long， b) = 1999;将被替换为:int a = 1;long b = 1999;(10) #warning， #error#warning， #error 分别用于在编译时显示警告和错误信息， 格式如下: #warning tokens#error tokense.g.JJ,#warning some warning注意，#error和#warning后的token要用引用起来！（在 gcc 中, 如果给出了 warning, 编译继续进行, 但若给出了 error, 则编译停止. 若在命 令行中指定了 -Werror， 即使只有警告信息， 也不编译.预处理命令由#（hash字符）开头，它独占一行，#之前只能是空白符.以#开头的语句就是预 处理命令， 不以#开头的语句为 C 中的代码行. 常用的预处理命令如下:#define 定义一个预处理宏#undef 取消宏的定义#include 包含文件命令#include_next与#include相似，但它有着特殊的用途#if编译预处理中的条件命令，相当于C语法中的if语句#ifdef 判断某个宏是否被定义， 若已定义， 执行随后的语句#ifndef与#ifdef相反，判断某个宏是否未被定义#elif若#if，#ifdef, #ifndef或前面的#elif条件不满足，则执行#elif之后的语句，相 当于 C 语法中的 else-if#else与#if， #ifdef， #ifndef对应，若这些条件不满足，则执行#else之后的语句，相当 于 C 语法中的 else#endif #if， #ifdef， #ifndef 这些条件命令的结束标志.defined与#if， #elif配合使用，判断某个宏是否被定义#line 标志该语句所在的行号# 将宏参数替代为以参数值为内容的字符窜常量#将两个相邻的标记（token）连接为一个单独的标记#pragma 说明编译器信息#warning 显示编译警告信息#error 显示编译错误信息（二） 预处理的文法预处理并不分析整个源代码文件，它只是将源代码分割成一些标记（token），识别语句中哪 些是C语句，哪些是预处理语句.预处理器能够识别C标记，文件名，空白符，文件结尾标预处理语句格式: #command name(.) token(s) 1, command 预处理命令的名称, 它之前以#开头, #之后紧随预处理命令, 标准 C 允许#两边 可以有空白符, 但比较老的编译器可能不允许这样 . 若某行中只包含#(以及空白符), 那么 在标准 C 中该行被理解为空白. 整个预处理语句之后只能有空白符或者注释, 不能有其它内 容.2, name代表宏名称，它可带参数.参数可以是可变参数列表(C99).3, 语句中可以利用来换行.e.g.# define ONE 1 /* ONE = 1 */等价于：#define ONE 1#define err(flag, msg) if(flag) printf(msg)等价于： #define err(flag, msg) if(flag) printf(msg)( 三 ) 预处理命令详述1, #define#define 命令定义一个宏：#define MACRO_NAME(args) tokens(opt)之后出现的MACRO_NAME将被替代为所定义的标记(tokens).宏可带参数，而后面的标记也 是可选的.对象宏不带参数的宏被称为对象宏(objec tlike macro)#define 经常用来定义常量， 此时的宏名称一般为大写的字符串. 这样利于修改这些常量. e.g.#define MAX 100int aMAX;#ifndef _FILE_H_#define _FILE_H_#include file.h#endif#define _FILE_H_ 中的宏就不带任何参数， 也不扩展为任何标记. 这经常用于包含头文 件.要调用该宏， 只需在代码中指定宏名称， 该宏将被替代为它被定义的内容.函数宏带参数的宏也被称为函数宏. 利用宏可以提高代码的运行效率: 子程序的调用需要压栈出 栈，这一过程如果过于频繁会耗费掉大量的CPU运算资源.所以一些代码量小但运行频繁的 代码如果采用带参数宏来实现会提高代码的运行效率.函数宏的参数是固定的情况函数宏的定义采用这样的方式: #define name( args ) tokens 其中的 args 和 tokens 都是可选的. 它和对象宏定义上的区别在于宏名称之后不带括号.注意， name 之后的左括号(必须紧跟 name， 之间不能有空格， 否则这就定义了一个对象宏， 它将被替换为 以(开始的字符串. 但在调用函数宏时， name 与(之间可以有空格.e.g.#define mul(x，y) (x)*(y)注意， 函数宏之后的参数要用括号括起来， 看看这个例子:e.g.#define mul(x，y) x*ymul(1， 2+2); 将被扩展为: 1*2 + 2 同样， 整个标记串也应该用括号引用起来:e.g.#define mul(x，y) (x)*(y)sizeof mul(1，2.0) 将被扩展为 sizeof 1 * 2.0调用函数宏时候， 传递给它的参数可以是函数的返回值， 也可以是任何有意义的语句: e.g.mul (f(a，b)， g(c，d);e.g.#define insert(stmt) stmtinsert ( a=1; b=2;) 相当于在代码中加入 a=1; b=2 .insert ( a=1， b=2;) 就有问题了: 预处理器会提示出错: 函数宏的参数个数不匹配. 预处 理器把，视为参数间的分隔符.insert (a=1， b=2;) 可解决上述问题.在定义和调用函数宏时候， 要注意一些问题:1， 我们经常用来引用函数宏被定义的内容， 这就要注意调用这个函数宏时的;问题. example_3.7:#define swap(x，y) unsigned long _temp=x; x=y; y=_tmp如果这样调用它 : swap(1，2); 将被扩展为 : unsigned long _temp=1; 1=2; 2=_tmp; 明显后面的;是多余的， 我们应该这样调用: swap(1，2)虽然这样的调用是正确的， 但它和 C 语法相悖， 可采用下面的方法来处理被括起来的内 容:#define swap(x,y) do unsigned long _temp=x; x=y; y=_tmp while (0) swap(1,2); 将被替换为:do unsigned long _temp=1; 1=2; 2=_tmp while (0);在Linux内核源代码中对这种do-while(0)语句有这广泛的应用.2,有的函数宏是无法用do-while(O)来实现的，所以在调用时不能带上;，最好在调用后 添加注释说明.eg_3.8:#define incr(v， low， high) for (v) = (low)，; (v) = (high); (v)+)只能以这样的形式被调用: incr(a， 1， 10) /* increase a form 1 to 10 */ 函数宏中的参数包括可变参数列表的情况C99标准中新增了可变参数列表的内容.不光是函数，函数宏中也可以使用可变参数列表.#define name(args， .) tokens#define name(.) tokens.代表可变参数列表， 如果它不是仅有的参数， 那么它只能出现在参数列表的最后. 调 用这样的函数宏时， 传递给它的参数个数要不少于参数列表中参数的个数 (多余的参数被丢 弃).通过_VA_ARGS_来替换函数宏中的可变参数列表. 注意_VA_ARGS_只能用于函数宏中参数 中包含有.的情况.e.g.#ifdef DEBUG#define my_printf(.) fprintf(stderr， _VA_ARGS_)#else#define my_printf(.) printf(_VA_ARGS_)#endiftokens中的_VA_ARGS_被替换为函数宏定义中的可变参数列表.注意在使用#define时候的一些常见错误：#define MAX = 100#define MAX 100;=， ; 的使用要值得注意. 再就是调用函数宏是要注意， 不要多给出;.