c语言预处理（万字解析）

预处理

一.总体概述
- 1.注释去除
- 2.宏替换
二.宏定义（宏替换类型）
- 1.数值宏常量
- 2.字符串宏常量
- 3.用宏定义注释符号
- 4.用宏定义表达式（难点）
- - 1.第一种情况
  - 2.第二种情况
- 5.#undef（宏的有效范围）
- - 1.两个问题
  - 2.#undef的使用
  - 3.一段代码的理解
三.条件编译
- 1.#ifdef和#ifndef的用法
- 2.#if的用法
- 3.如何用#if来取代#ifdef
- 4 .裁剪的意义
- 5.深入理解奇怪的情况
四.头文件展开
- 1.一种现象
- 2.什么叫做头文件展开
四.一些好玩的预处理符号
- 1.预处理符号
- 2.#运算符
- 3.##预算符

一.总体概述

预处理本质是将我们的代码进行预先处理。主要分为四个步骤：1.去注释； 2.宏替换； 3.条件编译； 4.头文件展开（以下主要说明去注释和宏替换部分，条件编译在第三点，文件展开在第四点）

1.注释去除

去掉注释的本质其实是将我们注释的内容全部变为了空格，在我们的gcc下可以很明确的看到（因为VS是不能看到预处理阶段的）

这里就不再多说啦，如果有其他想法可以在gcc里自己看一看哟

2.宏替换

举个例子

可以看到预处理过后我们所定义的M已经不见了，相反在打印阶段里的M被替换成了10，这就是所谓的宏替换

二.宏定义（宏替换类型）

1.数值宏常量

这个概念很简单，无非就是把一些数用一个常量接收罢了。那我们为什么要这样“麻烦”一下呢？

原因当然是为了方便我们“偷懒啦”，首先3.141592这么长的数字写起来当然没有PI这两个字符方便；其次，有可能在你的程序里会出现多个3.141592，而当某一天你想修改这个值时需要把它们挨个挨个的修改，很麻烦（也叫做可维护性差），如果用宏的话，直接修改一个值就可以了。这也是在大型文件里所必须做的事

2.字符串宏常量

如果我用定义数字宏常量的方法去定义一个字符串宏常量，行不行呢？

很显然是不行的，这是因为字符串本身是必须带上双引号的（如果不太了解可以看看这篇博客双引号和单引号），所以在定义宏时也必须带上双引号

这里如果字符串太长可以使用 \ 进行续航（如果对这个符号不太熟悉的话可以看看这篇博客反斜杠）

3.用宏定义注释符号

上文我们说到，预处理会进行去注释和宏替换，那么这就有个好玩的东西，如果我们用宏定义注释符号，那么它是会先被去除还是先被替换呢？

我们使用gcc来观察一下（因为VS不能够观察到预处理）

如果我们的宏替换先于去注释，那么BSC就会被替换为双斜杠并且hello bit也就不能看到。反之就都能看到

能看到hello bit，看起来是我们的第二种情况，那么我们接下来看看深入看看它的预处理情况

从这里，我们更直观的看出，编译器确实是先将//看为了注释，然后直接去掉，那么整个宏就变为了#define BSC，这时右边没有替换值也就是空，所以它在打印时实际并没有起作用

结论：预处理阶段先去注释，后进行宏替换

上面我们用的是c++风格的注释，那么我们换成c风格的注释，结果会不会不同呢？

预处理之后

这里我们发现了根c++风格注释不同的点，它预处理后还剩下一个EMC，这为什么没有宏替换完全呢？这是因为#define EMC被注释掉啦，BMC变成了空所以没有显示，但EMC编译器并不认为它是一个空的宏定义，而是一个未进行声明和初始化的变量。当然这个程序是不能编译的

结论：无论是哪种风格的注释，都是先去注释再进行宏替换

4.用宏定义表达式（难点）

1.第一种情况

这里可以看出这里的宏跟我们之前写的宏不一样，之前的宏都是一个数直接替换很简单。而这种宏是带参的，而参数在预处理时是等价替换的，这里的10就等价于x。并且后面的表达式会替换前面的x。

第一个式子确实如我们所想的那样，10替换了x，x+x替换了前面的x，最终就输出10+10的结果。但第二个为什么没有被替换呢？这是因为在c语言中，双引号括起来的是严格意义上的字符串，故编译器直接将双引号里面的内容认为是字符啦，所以并未发生替换（如果不太理解双引号可以看看这篇博客双引号）

我们也可以来看看它预处理后的结果

以上是不是就很直观了呢

2.第二种情况

这里我对a和b两个变量进行初始化，初始化很简单在后面直接加就可以了

这里为了美观，我使用了反斜杠进行续航（如果不太了解这个作用，可以看看这篇博客反斜杠）

之后我想修改x和y的值，将它们变成0。根据我们上文的经验，#define（a,b）中的a和b首先应该被替换为x和y，然后后面的表达式替换前面的，也就是0会替换x和y。理论上应该是这样的，那究竟行不行呢？

根据我们的结果，x和y确实都被改为0了，接下来我们继续看看它的预处理结果

根据预处理结果看出，它确实进行了宏替换，并且修改了x和y的值。这也符合我们的预期，接下来深入理解一下这样的代码会出现什么问题

有什么问题

我们来看看它的预处理后的结果

我们可以看到，首先x和y确实是被替换了（是被完全替换连分号也会被替换）。我们知道if如果不加花括号的话只能处理一条语句，也就是一个分号。而else又需要紧跟if，但是我们的if中间多出来了一个y=0；；这样的语句。相当于是if（flag）{x=0；} y=0；；else{x=100,y=100;}。这样写不符合我们的语法规定，自然就报错了

结论：用宏来充当多条语句的时候，在一些较为复杂的场景中可能并不能达到我们想要的结果

怎样修改

我们是不是带上花括号就可以了呢

以下是预处理后的结果

上述的带话括号确实是一种解决方案，但是不够好。因为这是在给程序员提要求，要他遵守好的代码规范，但如果这个程序员不遵守呢？所以这种方案是不具备普适性的

接下来我们进行一个尝试，不是缺花括号吗，我们直接在宏定义时就加上花括号行不行呢？

这样做其实存在两个问题，一是程序员可能自己会写花括号，导致花括号重复。二是程序员自己在写完一条语句后会带上分号，导致花括号后带分号。这样写是不行的

以下是最终解决方案，为了方便看我们先将续航符去掉

这是预处理后的结果

这其实就在我们上一个方案中做了改进，修改了上面存在的两个问题。1.do…while是一条语句，所以在外面带不带上花括号都没有影响，这解决了花括号重复问题。2.多余的分号会自动到while（0）后面，这也解决了分号问题

同理，这里再加上我们的续航符，也没有任何影响，并且如果你的宏里有多条语句，也建议如下写

为什么do里可以容纳多条语句呢？因为它带有花括号。为什么while（0）呢？因为我们并不需要它循环，我们需要的只是这种语法结构。

这种结构被称为do—while—zero结构

5.#undef（宏的有效范围）

1.两个问题

#undef是用来撤销宏定义的，具体是如何做到的呢？

在说明这个问题前先来讨论两个问题。1.宏只能在main上面定义吗？ 2.在一个源文件里，宏的有效范围是多少？

下面是第一个问题的探索

上面的宏是在main函数内定义的并且我们发现它是可以正常使用的

接下来我们进行更多的尝试，如果定义在其他函数里，另一个函数能不能调用它呢

得出结论：宏可以在任何地方定义，与在函数体内还是函数体外都没有任何关系

下面是第二个问题的探索

像下面的方式书写能编过吗？

答案是不行的，为什么呢？接下来为了更直观的观看，我使用gcc来演示

下面是gcc预处理后的结果

可以很明显的看到，在宏定义上面的M并没有被替换掉，而在下面的M则被替换了。

得出结论：宏从定义处向下都是有效的，与函数调用无关（因为宏替换在函数调用之前），只是简单的文本替换

2.#undef的使用

上文说到#undef就是用来取消宏定义的，那是如何取消的呢？直接看预处理结果

我们可以看到在#undef的上面部分，M是被替换掉了而下面则没有。

结论：#undef又可以称为限制宏，写在宏定义的下面，#undef的上面才是宏的有效范围（限制了宏的作用范围）

3.一段代码的理解

以上这段代码最终打印的结果是什么呢？

废话不多说，直接转到预处理结果

这是因为第一个宏#define x 3的有效范围只有#define Y x*2这一行（因为遇到#undef就失效了），而当代码向下走到Int z=Y时，#define x 3早已失效，故当Y进行宏替换时所看到的宏其实是#define x 2，所以就不难理解最后的答案是4啦

三.条件编译

必须明确的是，1.条件编译是预处理的一个步骤。2.条件编译更多的是为了进行代码裁剪。

1.#ifdef和#ifndef的用法

通常用于检测一个宏是否被定义（主要与宏为真为假区分开来）。这两个通常与#else，#endif一起用（看起来跟if，else类似）

#ifdef是表肯定。如果宏被定义,则该代码保留
#ifndef表示否定。如果没有被定义，则该代码保留

举个例子

补充一下#endif是结束标志，表示该条件结束。我们可以看到printf这条语句被裁掉了。这是因为我们的宏DEBUG并没有被定义。如果像保留的话需要定义一下

#define就是定义，这里定义成多少不重要（我这里就没有初识化），重要的是只要定义了，该代码就能被保留

接下来加上一起用

这里的意思是，如果定义了DEBUG，就打印出hello debug；否则就打印出hello unkown（注意，虽然跟if，else类似，但不能加#elif，因为这个是用于判断是否被定义的，只有两种可能）

具体的结果就不再演示了，大家有兴趣的话可以自己打印一下（#ifndef的用法与#ifndef相同）

2.#if的用法

#if是用来判断宏的真假（与#ifdef区分开来），如果为真就保留该代码，否则就裁剪（这里的用法其实与if从句类似）

这里没有定义c，那么c就被默认认为是假了

接下来定义一下，如果定义为0

如果定义为1

如果我们只定义不初始化呢？

这里就直接报错了，这是因为c被替换后什么也没有，所以编译器会报错说#if后没有表达式

多条件判断

除此之外我们也可以加上#elif，用于多条件判断，具体用法就跟if，else if，类似。

上述的所有代码均可在VS里实现并且没有差别。

3.如何用#if来取代#ifdef

其实只需要在#if后面加上defined（），括号里就是要判断的元素。

因为我们的VERSION并未被定义，所以输出的就是hello other。其实仔细观察，#ifdef就是#if defined（）的缩写。如果想模拟实现#ifndef呢？

直接带个感叹号，取反就可以啦。

结论
1.#ifdef等价于#if defined()
2.#ifndef等价于#if !defined()
3.不管是哪一种写法必须以#endif 结尾

4 .裁剪的意义

对于程序员来说，我们如果不需要某行代码，直接删除或者注释掉就可以了，为什么需要这些语句呢？

本质上就是通过代码裁剪，快速实现某种目的（版本维护，功能裁剪，跨平台性）

举个例子

现在很多软件都分为免费版和收费版。毫无疑问，收费版的功能更多，开发商做这两个版本的时候难道用的是两份不同的代码吗？当然不是，这样的话维护成本太高了，如果一个版本出现了问题我们不仅需要改这个bug还需要相应修改另一个版本的bug。所以其实他们使用的就是代码裁剪，如果不需要哪个功能，直接剪掉就可以了。并且这样只需要维护一份代码，成本较低。