C语言的预处理和条件编译指令

阳光穿透心脏的1/2处 2023-02-20 12:19 60阅读 0赞

# C语言的预处理和条件编译指令 #

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# 预处理简介 #

*  C语言由源代码生成的各阶段如下：

C源程序－>编译预处理－>编译－>优化程序－>汇编程序－>链接程序－>可执行文件

其中 编译预处理阶段，读取c源程序，对其中的伪指令（以`#`开头的指令）和特殊符号进行处理。或者说是扫描源代码，对其进行初步的转换，产生新的源代码提供给编译器。预处理过程先于编译器对源代码进行处理。

在C 语言中，并没有任何内在的机制来完成如下一些功能：在编译时包含其他源文件、定义宏、根据条件决定编译时是否包含某些代码。要完成这些工作，就需要使用预处理程序。尽管在目前绝大多数编译器都包含了预处理程序，但通常认为它们是独立于编译器的。预处理过程读入源代码，检查包含预处理指令的语句和宏定义，并 对源代码进行响应的转换。预处理过程还会删除程序中的注释和多余的空白字符。

*  伪指令（或预处理指令）定义：

预处理指令是以\#号开头的代码行。`#`号必须是该行除了任何空白字符外的第一个字符。`#`后是指令关键字，在关键字和`#`号之间允许存在任意个数的空白字符。整行语句构成了一条预处理指令，该指令将在编译器进行编译之前对源代码做某些转换。下面是部分预处理指令：

> > 指令 用途
> 
>     #           空指令，无任何效果
>     #include    包含一个源代码文件
>     #define     定义宏
>     #undef      取消已定义的宏
>     #if         如果给定条件为真，则编译下面代码
>     #ifdef      如果宏已经定义，则编译下面代码
>     #ifndef     如果宏没有定义，则编译下面代码
>     #elif       如果前面的#if给定条件不为真，当前条件为真，则编译下面代码，其实就是else if的简写
>     #endif      结束一个#if……#else条件编译块
>     #error      停止编译并显示错误信息

## 预处理指令 ##

预处理指令主要包括以下四个方面：

*  宏定义指令。前面博客已经介绍–《[C语言的宏之明示常量][C] 》，《[C语言的宏之带参数宏][C 1] 》
 *  条件编译指令。
 *  头文件包含指令。前面博客已经介绍–《[C语言的头文件详解][C 2] 》
 *  特殊符号（即预定义宏）。

## 条件编译指令 ##

程序员可以通过定义不同的宏来决定编译程序对哪些代码进行处理。条件编译指令将决定那些代码被编译，而哪些是不被编译的。可以根据表达式的值或者某个特定的宏是否被定义来确定编译条件。下面介绍常用的条件编译指令。

*  **`#ifdef、#else`和`#endif` 指令**
    
    示例：
    
        #ifdef MAVIS
             #include "horse.h" //如果已经用#define定义了MAVIS，则执行下面的指令
        	 #define STABLES 5
        #else
        	#include "cow.h" //如果没有用#define定义MAVIS，则执行下面的指令
            #define STABLES 15
        #endif
    
    上面的缩进格式只有侥幸的编译器和ANSI标准才支持，太旧的编译器，必须左对齐所有的指令或至少左对齐`#`号。
    
    `#ifdef`指令说明，如果预处理器已经定义了后面的标识符（MAVIS），则则行`#else`或`#endif`指令之前所有指令并编译所有C代码。如果预处理器未定义MAVIS，且有`#else`指令，则执行`#else`和`#endif`指令之间的所有代码。
 *  \*\*`#ifndef`指令 \*\*
    
    `#ifndef`指令与`ifdef`指令用法类似，也可以和`#else、#endif`一起使用，但是他们的逻辑相反。`#ifndef`指令判断后面的标识符是否未定义，常用于定义之前未定义的常量。通常，包含多个头文件时，其中的头文件可能包含了相同的宏定义，\*\*\#ifndef指令可以防止相同的宏被重复定义。\*\*在首次定义一个宏的头文件中用`#ifndef`指令激活定义，随后的其他头文件中的定义都被忽略。如下示例：
    
        /*arrays.h*/
        #ifndef SIZE 100
                #define SIZE 100
        #endif
    
    \*\*`#ifndef`指令还有另一种用法。\*\*假设有上面的arrays.h头文件，然后把下面一行代码放入一个头文件中：
    
    `#include "arrays.h"`
    
    SIZE被定义为100。但是如果把下面的代码放入该头文件:
    
        #define SIZE 10
        #include "arrays.h"
    
    因为Size已经被设置为10，因此会调过arrays.h中的`#define SIZE 100`这行diamante，防止重复宏定义。\*\*\#ifndef指令通常用于防止多次包含一个文件。\*\*因此应该像下面这样设置头文件：
    
        /*things.h*/
        #ifndef THING_H_
        	#define THINGS_H_
            /*省略了头文件中其他内容*/
        #endif
    
    假设该文件被包含了多次，当预处理器首次发现该文件被包含时，`THINGS_H_`是未定义的，所以定义了`THINGS_H_`，并接着处理该文件的其他部分。当预处理器第二次发现该文件被包含时，`THINGS_H_`是已定义的，所哟预处理器调过了该文件的其他部分。
    
    如何确保待测试表示符没有在别处定义？实现的供应商这样做：用文件名作为标识符、使用大写字符、下划线代替文件名中的点字符、用下划线字符做前缀或后缀。例如stdio.h头文件，有许多类似的代码：
    
        #ifndef _STDIO_H
        #define _STDIO_H
        //省略了文件的内容
        #endif
    
    我们也可以这样做，但是由于标准中使用了下划线作为前缀，因此，我们自己的代码汇总不要这样写，避免与标准头文件中的宏发生冲突。应该像下面是一个示例那样写：
    
        // names.h --避免重复包含的头文件写法
        
        #ifndef NAMES_H_
        #define NAMES_H_
        
        // constants
        #define SLEN 32
        
        // structure declarations
        struct names_st
        { 
            char first[SLEN];
            char last[SLEN];
        };
        
        // typedefs
        typedef struct names_st names;
        
        // function prototypes
        void get_names(names *);
        void show_names(const names *);
        char * s_gets(char * st, int n);
        
        #endif
 *  \*\*`#if`和`#elif`\*\*指令
    
    `#if`指令检测跟在制造另关键字后的常量表达式。如果表达式为真，则编译后面的代码，知道出现`#else、#elif`或`#endif`为止；否则就不编译。`#endif`用于终止`#if`预处理指令。
    
    示例：
    
        #if SYS ==1
        	#include "ibmpc.h"
        #elif SYS ==2
        	#include "vax.h"
        #elif SYS ==3
        	#include "mac.h"
        #else
        	#include "general.h"
        #endif
    
    还有一种写法。define是一个预处理运算符，如果它的参数是用\#define定义过，则返回1；否则返回0。这样它可以与`#elif`一起使用。因此上面的代码还可以写成下面的形式：
    
        #if define (IBMPC)
        	#include "ibmpc.h"
        #elif define (VAX)
        	#include "vax.h"
        #elif define (MAC)
        	#include "mac.h"
        #else
        	#include "general.h"
        #endif
    
    如果在VAX机上运行着几行代码，那么应该在文件前面用下面的代码定义VAX:
    
    `#define VAX`

**条件还有一个好处是让程序更容易移植，改变文件开头的几个关键定义，即可根据不同的系统设置不同的值和包含不同的文件。**

## 预定义宏 ##

预编译程序可以识别一些特殊的符号。预编译程序对于在源程序中出现的这些串将用合适的值进行替换。C标准规定了一些预定义宏，如下表所示：

表1 预定义宏

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>宏</th> 
   <th>含义</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>__DATE__</code></td> 
   <td>预处理的日期（"Mmm dd yyyy"形式的字符串字面量，如Nov 23 2013）</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>__FILE__</code></td> 
   <td>表示当前源代码文件名的字符串字面量</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>__LINE__</code></td> 
   <td>表示当前源代码文件中行号的整型常量</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>__STDC__</code></td> 
   <td>设置为1时，表明实现遵循C标准</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>STDC_HOSTED</code></td> 
   <td>本机环境设置为1；否则设置为0</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>__STDC_VERSION__</code></td> 
   <td>支持C99标准，设置为199901L；支持C11设置为201112L</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>__TIME__</code></td> 
   <td>翻译代码的时间，格式为"hh:mm:ss"</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

其中一些预定义宏时C99新增的，如果使用GCC编译器，必须设置-std=c99或-std=c11。

示例：

// predef.c -- predefined identifiers
    #include <stdio.h>
    void why_me();
    
    int main()
    { 
        printf("The file is %s.\n", __FILE__);
        printf("The date is %s.\n", __DATE__);
        printf("The time is %s.\n", __TIME__);
        printf("The version is %ld.\n", __STDC_VERSION__);
        printf("This is line %d.\n", __LINE__);
        printf("This function is %s\n", __func__);
        why_me();
        
        return 0;
    }
    
    void why_me()
    { 
        printf("This function is %s\n", __func__);
        printf("This is line %d.\n", __LINE__);
    }

该程序的输出如下：

The file is predef.c.
    The date is Jun 14 2017.
    The time is 14:06:55.
    The version is 199901.
    This is line 11.
    This function is main
    This function is why_me
    This is line 21.

### `#line和#error`指令 ###

`#line`指令重置`__LINE__`和`__FILE__`宏报告的行号和文件名。可以这样使用`#line`:

#line 1000 //把当前行号重置为1000
    #line 10 "cool.c" //把行号重置为10，把文件名重置为cool.c

`#error`指令让预处理器发出一条错误信息，该信息包含指令中的文本。如果可能的话，编译过程应该中断。可以这样使用`#error`指令：

#if __STDC_VERSION_!=201112L
    #error Not C11
    
    #endif

编译以上代码后，输出如下：

$ gcc newish.c
    newish.c:14:2: error: #error Not C11
    $ gcc -std=c11 newish.c
    $

如果编译器支持旧版标准，则会编译失败，如果支持C11标准，就能成功编译。

--------------------

参考资料：

\[1\] 史蒂芬・普拉达. C Primer Plus (第6版) 中文版\[M\]. 人民邮电出版社, 2016.

\[2\] C语言条件编译及编译预处理阶段.–[来源][Link 1]

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[C]: http://blog.csdn.net/libing403/article/details/72973301
[C 1]: http://blog.csdn.net/libing403/article/details/72973720
[C 2]: http://blog.csdn.net/libing403/article/details/72984059
[Link 1]: http://www.cnblogs.com/rusty/archive/2011/03/27/1996806.html