C day16 预处理器（二）

水深无声 2023-07-07 00:44 98阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  其他预处理指令
 *   *  undef
     *  条件编译指令 condtional compilation
     *   *  \#ifdef \#else \#endif
         *  \#ifndef \#else \#endif
         *   *  用处1：防止宏被重复定义
             *  用处2：防止宏定义被篡改
             *  用处3：防止重复包含一个文件
             *   *  示例
         *  \#if \#elif
     *  预定义宏
     *  示例
     *  \#line
     *  \#error
     *  \#pragma
     *   *  \_Pragma预处理器运算符（C99）
     *  泛型选择表达式（C11）
 *  内联函数inline function(C99)
 *   *  示例 内联函数和外部函数混合使用（C++不允许这么做）
 *  \_Noreturn 函数(C11)

# 其他预处理指令 #

## undef ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM2NjA3ODk0_size_16_color_FFFFFF_t_70]

注意这里说的已定义是预处理角度看的哈，预处理器看标识符也是遵循C变量命名准则，但是由于预处理器比编译器先看程序，且只看预处理指令，所以如果**预处理指令中的标识符和程序中的有文件作用域的变量相同的话，预处理器仍然会认为这个标识符是未定义的。**

只有预处理指令中有两个同名标识符，其中一个才会被认为是未定义的。

## 条件编译指令 condtional compilation ##

### \#ifdef \#else \#endif ###

注意ANSI C支持预处理器缩进格式哈，即\#前面可以有tab符。

#ifdef MAVIS
    	#include "horse.h"
    	#define STABLES 5
    #else 
    	#include "cow.h"
    	#define STABLES 15
    #endif

示例

#include <stdio.h>
    #define JUST_CHECKING
    #define LIMIT 4
    
    int main()
    { 
        int i;
        int total = 0;
    
        for(i = 1;i <= LIMIT; i++)
        { 
            total += 2 * i * i + 1;
        #ifdef JUST_CHECKING
            printf("i=%d, running total = %d\n", i, total);
        #endif // JUST_CHECKING
        }
        printf("Grand total = %d\n", total);
        return 0;
    }

i=1, running total = 3
    i=2, running total = 12
    i=3, running total = 31
    i=4, running total = 64
    Grand total = 64

如果注释掉\#define JUST\_CHECKING或者\#undef JUST\_CHECKING，就只会打印

Grand total = 64

### \#ifndef \#else \#endif ###

\#ifndef 是如果没有定义，if not define的意思，也和\#else, \#endef结合使用，但是逻辑相反。

#ifndef SIZE
    	#define SIZE 100
    #endif

它很有用。

#### 用处1：防止宏被重复定义 ####

包含多个头文件时，这些头文件中可能有重复的宏定义，如果所有头文件中宏定义都用\#idndef和\#endif包裹起来，就不会重复定义宏了。一旦第一个头文件的该宏定义被激活，其他后续头文件中的该宏定义就会被忽略。

#### 用处2：防止宏定义被篡改 ####

比如,"array.h"头文件中定义了SIZE为100：

#ifndef SIZE
    	#define SIZE 100
    #endif

在自己的程序顶部写，

#define SIZE 10
    #include "array.h"

则程序包含了array头文件，但不会把SIZE定义为100，可以用自己定义的10；如果不需要自己定义的SIZE，直接\#undef或者注释掉，就把SIZE设置为100了

如果没有\#ifndef，SIZE就是100，也许你还莫名奇妙呢，不知道是头文件里定义的

#### 用处3：防止重复包含一个文件 ####

你肯定不会在一个文件中显式包含一个头文件多次，但是很可能隐式包含多次，比如你包含了头文件A,B，而A包含了文件B，导致两次包含文件B。

所以用\#ifndef和\#endif把头文件中的定义包裹起来，比如结构，类型，就可以避免多次出现  
![在这里插入图片描述][2020022014011868.png]

自己不要用下划线或两条下划线作为前缀，避免和标准头文件定义的宏冲突

##### 示例 #####

主程序

#include <stdio.h>
    #include "names.h"
    #include "names.h"//不小心包含两次头文件
    
    int main()
    { 
        names winner = { "Less", "Ismoor"};
        printf("The winner is %s %s.\n", winner.first, winner.last);
    
        return 0;
    }

头文件，注意\#endif放在头文件末尾

#ifndef NAMES_H_
    #define NAMES_H_
    
    
    #define SLEN 32//明示常量
    
    //结构模板
    struct names_st{ 
        char first[SLEN];
        char last[SLEN];
    };
    
    //类型定义
    typedef struct names_st names;
    
    //函数原型
    void get_names(names *);
    void show_names(const names *);
    char * s_gets(char *st, int n);
    #endif

输出

The winner is Less Ismoor.

如果去掉头文件开始的两句指令和最后一句指令，则报错，一是说重复定义struct names\_st结构类型，二是所有的函数名已经是已定义的了。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM2NjA3ODk0_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

### \#if \#elif ###

#if SYS == 1
    	#include "ibmpc.h"
    #elif SYS == 2
    	#include "vax.h"
    #elif SYS == 3
    	#include "mac.h"
    #else 
    	#include "general.h"
    #endif

前面说的\#ifdef 可以用\#if defined 代替，这样代替的好处是可以用\#elif配套使用

#if defined (VAX)
    	#include "vax.h"
    #elif defined (IBMPC)
    	#include "ibmpc.h"
    #elif defined (MAC)
    	#include "mac.h"
    #else 
    	#include "general.h"
    #endif

defined是一个运算符，如果后面的标记已定义，则返回1，否则返回0

这种条件编译可以使得程序可移植，不同的系统会包含不同的文件。

## 预定义宏 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM2NjA3ODk0_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

## 示例 ##

#include <stdio.h>
    void why_me();
    
    int main()
    { 
        printf("The file is %s.\n", __FILE__);//文件名，包括路径和后缀，字符串字面量
        printf("The date is %s.\n", __DATE__);//日期，年月日
        printf("The time is %s.\n", __TIME__);//翻译代码的时间，时分秒
        printf("The version is %ld.\n", __STDC_VERSION__);//版本是长整型！！！
        printf("This is line %d.\n", __LINE__);//当前行号，整型int
        printf("This function is %s\n", __func__);//函数名，字符串字面量
        why_me();
    
        return 0;
    }
    
    void why_me()
    { 
        printf("This function is %s.\n", __func__);
        printf("This is line %d.\n", __LINE__);
    }

The file is C:\Users\wulimmya\Documents\MyCCode\MyC\main.c.
    The date is Feb 20 2020.
    The time is 15:01:58.
    The version is 201112.
    This is line 10.
    This function is main
    This function is why_me.
    This is line 20.

## \#line ##

可以重置行号，但是不知道用处是啥？？？

#include <stdio.h>
    void why_me();
    
    int main()
    { 
        printf("The file is %s.\n", __FILE__);//文件名，包括路径和后缀
        printf("The date is %s.\n", __DATE__);//日期，年月日
        printf("The time is %s.\n", __TIME__);//时间，时分秒
        printf("The version is %ld.\n", __STDC_VERSION__);//版本是长整型！！！
        #line 50
        printf("This is line %d.\n", __LINE__);//当前行号
        printf("This function is %s\n", __func__);//函数名
        why_me();
    
        return 0;
    }
    
    void why_me()
    { 
        printf("This function is %s.\n", __func__);
        printf("This is line %d.\n", __LINE__);
    }

The file is C:\Users\wulimmya\Documents\MyCCode\MyC\main.c.
    The date is Feb 20 2020.
    The time is 15:07:26.
    The version is 201112.
    This is line 50.
    This function is main
    This function is why_me.
    This is line 60.

## \#error ##

让**预处理器**发出错误消息，注意不是编译器发

我的编译器支持的是C11标准  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM2NjA3ODk0_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

如果把代码改为

#if __STDC_VERSION__ !=201112L

就不报错，成功编译

## \#pragma ##

这个指令是**提供编译指示**的，即是用于修改编译器设置的，平时我们可以用命令行参数或者IDE的菜单去修改编译器的设置，比如使用什么C标准，可以选C99或者C11，但是也可用\#pragma指令**在源代码中给编译器做出指示**哦。

pragma这个单词本来就是**编译指示**的意思。

![在这里插入图片描述][20200220152137986.png]![在这里插入图片描述][20200220152202403.png]![在这里插入图片描述][2020022015221558.png]

由于编译指示比较高阶，C primer没有深入描述，我以后再加深这方面的学习吧

### \_Pragma预处理器运算符（C99） ###

![在这里插入图片描述][20200220152336563.png]![在这里插入图片描述][20200220152538526.png]![在这里插入图片描述][20200220152526873.png]

## 泛型选择表达式（C11） ##

generic selection expression

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM2NjA3ODk0_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM2NjA3ODk0_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]

重点：

*  C没有泛型编程的功能。
 *  泛型选择表达式不是预处理器指令。
 *  泛型选择表达式和泛型编程没有什么关系，只是都泛了类型，即可以允许多种类型，这里很不容易说清，看代码。

/*泛型选择表达式和宏定义结合*/
    #include <stdio.h>
    //这里每一行的反斜杠不可省略，否则不是一个逻辑行，报错
    #define MYTYPE(X) _Generic((X),\ int: "int",\ double: "double",\ int *: "int *",\ default: "other type")
    int main()
    { 
        int d = 4;
    
        printf("%s\n", MYTYPE(d));
        printf("%s\n", MYTYPE(&d));
        printf("%s\n", MYTYPE(d*2.0));
        printf("%s\n", MYTYPE(4L));
    
        return 0;
    }

int
    int *
    double
    other type

通过示例程序看到，实际上泛型选择表达式很像switch语句，只不过它的case是表达式的类型而已。

# 内联函数inline function(C99) #

**函数调用会产生一定开销**，这里说开销主要是说在**时间**上，建立调用，主调函数压栈，跳转到被调函数的代码块，执行被调函数代码块，再跳转回到内存中存储主调函数的代码块。

如果**函数体非常短小**，在内存中跳来跳去的时间都比执行函数体时间长的话，实际上这个开销是很不划算的，所以当函数体很短时， 我们应该想办法去尽量减小这种函数调用产生的开销。（对于函数体很长的函数就不用管了，函数体执行时间远远长于调用，就算用后面说的方式优化，益处也不是很明显。所以说，要不要优化，**主要是看函数调用时间和函数体执行时间的相对比例**。）

那么函数体短小，调用函数的开销很大的这种情况，该怎么优化呢？

有两种办法，一是用宏函数，宏函数实际不是函数，只是调用和定义的形式很像函数而已，它通过内联代码避免函数调用，内联代码实际上就是替换的意思，不要觉得很难理解，就是文本替换，所以宏函数的函数调用根本没有涉及函数调用那一系列的压栈，跳转，执行，跳回，出栈·····，这就避免时间开销啦

另一种办法就是这一节的主角：内联函数。  
它真的是函数，不像宏函数只是像函数，它本质上是货真价实的函数。但是相比于普通函数，他当然又有很多特殊之处：

1.  把函数定义为内联函数，只需要在函数定义中使用inline关键字。并且内联函数不需要再单独写原型，它的**定义就是原型，原型就是定义**。
2.  **内联函数必须具有内部链接**，即他必须是在所有函数外部用static定义的，具有文件作用域的内部链接函数。（注意**static是存储类别说明符，而inline是函数说明符**）。正是由于内联函数的内部链接，多个文件都写相同的内联函数定义也不会相互影响。
3.  内联函数的**定义和调用必须在同一文件中**，因为编译器优化内联函数时必须要能看到内联函数的定义。所以最方便的做法是把内联函数的定义写在头文件中，然后包含该头文件即可。**内联函数是头文件中唯一一种可执行代码**。
4.  编译器查看内联函数的定义或说成是原型时，**可能**会用它的函数体中的代码去替换内联函数的调用语句，即相当于在调用内联函数的地方插入内联函数的函数体，即内联函数的作用机制还是**替换**，但是编译器**也可能不替换**。（不替换的话，这个调用难道就不执行了？还是说就老老实实像函数调用那样跳来跳去呢，可是不是不给内联函数分配代码块吗，去哪里找他呢？）
5.  编译器不会在内存中给内联函数分配单独的代码块，所以我们**不能获取内联函数的地址**。如果非要获取，那么编译器就只好给它分配一个单独代码块咯，则他也就不是内联函数而是普通函数了。所以说，内联函数不仅可以避免函数调用的时间开销，还可以节省内存呢，因为不用存它。
6.  内联函数不能在调试器显示，因为编译器没有把它存在内存里，调试器没法找到它。
7.  内联函数应该尽量短小。像上面说的，如果函数体很长，那么执行函数体花的时间多的多，那点调用开销就不算什么了。

示例

inline 和 static一定会同时出现

//eatline.h
    #include <stdio.h>
    #ifndef EATLINE_H_
        #define EATLINE_H_
    
    inline static void eatline()
    { 
        while(getchar()!='\n')
            ;
    }
    #endif // EATLINE_H_

## 示例 内联函数和外部函数混合使用（C++不允许这么做） ##

//file1.c
    #include <stdio.h>
    inline static double square(double);
    double square(double x){ return x * x;}
    extern void spam(double);
    extern void masp(double);
    
    int main()
    { 
        double q = square(1.3);//使用本文件定义的内联函数
        printf("file1 q = %.2lf\n", q);
    
        spam(1.3);
        masp(1.3);
    }

//file2.c
    #include <stdio.h>
    //普通函数定义，外部链接
    double square(double x){ return (int)(x * x);}
    void spam(double v)
    { 
        double kv = square(v);
        printf("file2 kv = %.2lf\n", kv);
    }

//file3.c
    #include <stdio.h>
    //没写static,具有外部链接
    inline double square(double x){ return (int)(x*x + 0.5);}
    void masp(double w)
    { 
        double kw = square(w);//可以调用自己文件定义的square函数，也可以调用file2定义的，因为file2定义的那个square函数是外部链接的
        printf("file3 kw = %.2lf\n", kw);
    }

从结果看，file3中的square函数调用的是file2的square定义，并不是file3的，因为如果是file3的应该输出2.00

file1  q = 1.69
    file2  kv = 1.00
    file3  kw = 1.00

# \_Noreturn 函数(C11) #

no return

顾名思义，用它告诉用户和编译器，该函数**不会返回主调函数**，而是直接退出程序。

**\_Noreturn 和 inline一样，都是函数说明符**。（inline是C99出来的）,即他俩只能用于函数。

而extern， static是**存储类别说明符，他们可以用于函数，也可以用于数据对象。**

之前用的**exit()函数**就是\_Noreturn函数，其实**main()函数也是用exit()函数退出系统的**，因为操作系统调用了main函数，main执行结束后不需要返回操作系统，而是直接退出，但是返回值还是要返回给操作系统过目的 。

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