前言

预处理是在进行编译的第一遍扫描（扫描语法和词法）之前所做的工作，是C语言的一个重要功能，它由预处理程序负责完成。

前面的代码已经多次使用#开头的预处理命令，例如：#include <stdio.h>等，在源程序中这些命令都放在函数之外，而且一般都放在源文件的前面。

C语言提供了多种预处理命令，如宏定义，文件包含，条件编译等。C语言的预处理命令均是以#开始，末尾不加分号。合理的使用预处理指令可以使得程序便于阅读，修改和调试。

宏定义

在C语言源程序中允许用一个标识符来表示一个字符串，称为宏。被定义为宏的标识符称为宏名。在编译预处理时，对程序中所有出现的宏名，都用宏定义的字符串去替换，这称为宏替换或者宏展开。

宏定义是由源程序中的宏定义命令完成的，宏替换是由预处理程序自动完成的。

宏定义是C语言提供的三种常用预处理命令中的一种，使用宏定义可以防止出错，并且可以提高程序的可移植性和可读性。宏分为不带参数和带参数两种。

不带参数的宏定义

不带参数的宏定义语法格式如下：

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//语法格式
#define 标识符 字符串
//代码示例
#define PI 3.14

其中#表示这是一条预处理命令。define为宏定义命令。标识符就是所谓的符号常量，也称为宏名。字符串可以是参数，表达式，格式串等。

预处理工作也称为宏展开，就是将宏名替换为字符串。掌握宏的关键就是“换”。例如：

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#define PI 3.14

它的作用就是指定标识符PI来代替常量3.14。在编写程序的时候，所有的3.14都可以使用PI来表示，而对于源程序编译的时候，将由预处理程序进行宏替换，即将PI的部分再替换回3.14，然后再进行编译。

关于宏定义的说明：

  1. 宏名习惯上用大写字母表示，以便于与变量区别，不过你也可以使用小写

  2. 使用宏可以提高程序的拓展性和易读性。

  3. 预处理是在编译之前进行的处理，而编译的工作之一就是语法检查，也就是说，预处理不做语法检查。

  4. 宏定义不是语句，在句末不必加分号，如果加上分号，则连分号一起替换。

  5. 宏定义必须写在函数外，默认其作用域为：从宏定义命令开始到程序结束。

    如果要终止其作用域可以使用#undef命令，例如：

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    #define PI 3.14
    int main(){
        //很多代码
    }
    #undef PI
    //又是很多代码

    表示该宏定义只在main函数中有效。

  6. 宏定义允许嵌套，在宏定义的字符串中可以使用已定义的宏名。在宏展开时由预处理程序层层替换。例如：

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    #define PI 3,14
    #define C 2*PI
    //以上宏定义的不限制顺序，例如下面的和上面的结果是一致的
    #define C 2*PI
    #define PI 3,14

  7. 宏定义不分配存储空间，变量定义才分配存储空间。

  8. 宏定义以回车符结束，如果宏定义超过一行，可以在行末加反斜杠\来续行。

  9. 宏定义中也可以没有替换的字符串，这种宏定义常作为条件编译检测的一个标志。例如：

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    #define FLAG

    【关于宏定义无字符串的意义】

    【说明】这部分解释需要学会下面的条件编译命令再看

    比如：#define USEHDMI表示定义USEHDMI这个宏，但内容是空的，这样的宏一般不会用于替换
    -用途：在程序中会这样用

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    \#ifdef USEHDMI
    ... //宏被定义时的处理程序
    \#else
    ... //宏未被定义时的程序
    \#endif

    这样假设我们在使用HDMI接口时会在头文件中写：#define USEHDMI，或写#define USEHDMI 1也是一样的，否则用默认模式可注释此句或写：#undef USEHDMI，即可实现程序增加处理HDMI接口的部分，或者去除。

    以上解释出自c++程序中宏定义只有宏名没有字符串是怎么一回事

  10. 字符，字符串和注释中永远不做宏处理，即如果在其中包含宏字符，不会进行宏替换处理。

    需要注意的是，变量和宏名不可以相同

    【实例】验证宏名和字符串

    【代码示例】

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    #include <stdio.h>
    #define PI 3.14
    int main(){
        printf("PI %f\n", PI);
        return 0;
    }

    【输出】

    image-20220121162246646

带参数的宏定义

C语言允许宏带有参数。宏定义中的参数称为形参，宏调用中的参数称为实参。对于带参数的宏，在调用中，不仅要宏展开，还要用实参去代替形参。

带参数的宏定义一般形式为：

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#define 宏名(参数列表) 字符串

在字符串中可以含有多个形参。

带参数宏调用的一般形式为：

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宏名(实参列表)

例如：

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#define S(a,b) a*b
area=S(3,2);	//第一步替换为area=a*b,第二部替换为area=3

【实例】利用带参数的宏定义求三个数的最小值

【代码示例】

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#include <stdio.h>
#define Min(a,b) (a<b)?a:b  
int main(){
    int x, y, z, min;   //声明三个数值和最小值
    printf("请输入三个数值");
    scanf("%d %d %d", &x, &y, &z);
    min = Min(x, y);
    min = Min(min, z);
    printf("最小值为;%d", min);
    return 0;
}

【输出结果】

image-20220121164749966

关于带参数的宏定义需要注意以下几点：

  1. 宏名和参数的括号间不能有空格。

  2. 宏替换只做替换，不做计算，不做表达式求解。

  3. 在宏定义中形参是标识符，而宏调用中的实参可以是表达式。

  4. 在带参数宏定义中，形参不分配存储空间，因此不必进行类型声明，而宏调用中的实参有具体的值，要用它们去替换形参，因此必须进行类型声明。

  5. 带参数的宏和带参数函数很相似，但有本质上的不同：

    函数调用在编译后程序运行时进行，占用运行时间（分配内存，保留现场，值传递，返回值）；宏替换在编译前进行，不分配内存，不占用运行时间，只占用编译时间。

    在函数中，形参和实参是两个不同的量，各有自己的作用域，调用时要把实参传递给形参，进行“值传递”；而在带参数宏中，只是符号替换，不存在值传递。

    函数只有一个返回值，利用宏可以设法得到多个返回值；

    宏展开使源程序边长。

  6. 宏定义也可以用来定义多个语句，在宏调用时，把这些语句替换到源程序中。

撤销宏定义命令

宏定义命令#define应该写在函数外面，通常写在一个文件开头，这样宏定义的作用范围是整个文件。可以使用命令#undef撤销已定义的宏，终止该宏定义的作用域。

【实例】撤销已定义的宏示例

【代码示例】

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#include <stdio.h>
#define PI 3.14	//宏定义PI=3.14
int main(){
    printf("派值为;%f", PI);
    Test();
    return 0;
}
#undef PI	//终止宏定义PI
void Test(){
    printf("%f", PI);
}

【输出】

image-20220121170916060

文件包含命令

文件包含是指一个源文件可以将另一个源文件的全部内容包含进来，即将另一个文件包含到本文件中。文件包含命令是以#include开头的预处理命令，在前面的部分使用各种C语言自带的函数时已经使用了文件包含命令。在C语言中，这个命令可以使得程序分为多个模块，被不同的程序员编写。有些公用的符号常量或宏定义等可以单独组成一个文件，在其他文件的开头用文件包含命令包含该文件即可使用。这样可以避免在每个文件开头编写这些公用量，从而节省时间，减少出错。

文件包含命令语法格式如下：

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//格式1
#include "文件名"
//格式2
#include <文件名>

格式1：系统先在本程序文件所在的磁盘和路径下寻找包含文件，若找不到，再按系统规定的路径搜索包含文件。

格式2：系统仅按规定的路径搜索包含文件：在包含文件目录中查找（包含目录是由用户在设置环境是设置的），而不在源文件目录去查找。

需要注意的是：

  1. 一个#include命令只能包含一个文件，若有多个文件要包含，则需要用多个#include命令。
  2. 为了避免寻找包含文件时出错，如果是包含系统头文件通常使用格式2，其他情况使用格式1
  3. 由于被包含文件的内容全部出现在源程序清单中，所以其内容必须是C语言的源程序清单，否则编译时会出错。
  4. 文件包含允许嵌套，即在一个被包含的文件中又可以包含另一个文件。
  5. 文件包含命令还有一个很重要的功能：能将多个源程序清单合并成一个源程序进行编译。

【实例】包含多个文件合并编译

【代码示例】

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//文件1
#include <stdio.h>
int Plus(a,b){
    return a + b;
}

//文件2
#include <stdio.h>
void PutOut(){
    printf("输出结果为：\n");
}

//文件3：主入口
#include <stdio.h>
#include "2.1.c"	//载入文件1
#include "2.2.c"	//载入文件2
int main(){
    PutOut();
    printf("%d",Plus(3,4));
    return 0;
}

【输出】

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条件编译命令

一般情况下，源程序中所有的行都参加编译，但有时希望其中的部分内容只有在满足一定的条件下才进行编译，即对一部分内容指定编译条件，这就是条件编译。条件编译命令将决定哪些代码被编译，哪些不被编译。可将表达式的值或某个特定宏是否被定义作为编译条件。

条件编译有三种语法格式，代码如下：

  • 格式一：

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    //格式1
    #ifdef 标识符
    	程序段1
    #else
    	程序段2
    #endif

    其功能是，如果标识符已使用#define命令定义则对程序段1进行编译，否则对程序段2进行编译。如果没有程序段2，则可以写为：

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    #ifdef 标识符
    	程序段1
    #endif

  • 格式二：

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    #ifndef 标识符
    	程序段1
    #else 标识符
    	程序段2
    #endif

    与格式一不同的是由#ifdef变为#ifndef，它的功能是，如果标识符未被#define命令定义，则对程序段1进行编译，否则对程序段2进行编译。

    【实例】进行条件编译命令

    【代码示例】

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    #include <stdio.h>
    int main(){
        #ifdef PI
        printf("%f", PI);
        #else
        printf("PI未定义");
        #endif
        return 0;
    }

    【输出】

    image-20220121210007943

  • 格式三：

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    #if 常量表达式
    	程序段1
    #else
    	程序段2
    #endif

    其功能是，如果常量表达式的值为真（非0），则对程序段1进行编译，反之则对程序段2进行编译。因此可以使程序在不同条件下完成不同的功能。

    【实例】测试格式三

    【代码示例】

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    #include <stdio.h>
    #define c 1 //c的值非0时，执行加法，反之执行减法
    int main(){
        int a, b;
        scanf("%d %d", &a, &b);
        #if c
        printf("a加b的和为：%d", a + b);
        #else
        printf("a和b的差为：%d",a-b);
        #endif
        return 0;
    }

    【输出】

    image-20220121211515511

    对于预处理命令里的标识符或者变量，和代码中定义的不通用，且名称不可重复