在將一個C源程序轉(zhuǎn)換為可執(zhí)行程序的過程中, 編譯預(yù)處理是最初的步驟. 這一步驟是由預(yù)處理器(preprocessor)來完成的. 在源流程序被編譯器處理之前, 預(yù)處理器首先對源程序中的"宏(macro)"進行處理.
C初學(xué)者可能對預(yù)處理器沒什么概念, 這是情有可原的: 一般的C編譯器都將預(yù)處理, 匯編, 編譯, 連接過程集成到一起了. 編譯預(yù)處理往往在后臺運行. 在有的C編譯器中, 這些過程統(tǒng)統(tǒng)由一個單獨的程序來完成, 編譯的不同階段實現(xiàn)這些不同的功能. 可以指定相應(yīng)的命令選項來執(zhí)行這些功能. 有的C編譯器使用分別的程序來完成這些步驟. 可單獨調(diào)用這些程序來完成. 在gcc中, 進行編譯預(yù)處理的程序被稱為CPP, 它的可執(zhí)行文件名為cpp.
編譯預(yù)處理命令的語法與C語言的語法是完全獨立的. 比如: 你可以將一個宏擴展為與C語法格格不入的內(nèi)容, 但該內(nèi)容與后面的語句結(jié)合在一個若能生成合法的C語句, 也是可以正確編譯的.

(一) 預(yù)處理命令簡介
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預(yù)處理命令由#(hash字符)開頭, 它獨占一行, #之前只能是空白符. 以#開頭的語句就是預(yù)處理命令, 不以#開頭的語句為C中的代碼行. 常用的預(yù)處理命令如下:
#define????????????? 定義一個預(yù)處理宏
#undef???????????? 取消宏的定義
#include??????????? 包含文件命令
#include_next?? 與#include相似, 但它有著特殊的用途
#if????????????????????? 編譯預(yù)處理中的條件命令, 相當(dāng)于C語法中的if語句
#ifdef??????????????? 判斷某個宏是否被定義, 若已定義, 執(zhí)行隨后的語句
#ifndef???????????? 與#ifdef相反, 判斷某個宏是否未被定義
#elif????????????????? 若#if, #ifdef, #ifndef或前面的#elif條件不滿足, 則執(zhí)行#elif之后的語句, 相當(dāng)于C語法中的else-if
#else??????????????? 與#if, #ifdef, #ifndef對應(yīng), 若這些條件不滿足, 則執(zhí)行#else之后的語句, 相當(dāng)于C語法中的else
#endif????????????? #if, #ifdef, #ifndef這些條件命令的結(jié)束標(biāo)志.
defined????????? 與#if, #elif配合使用, 判斷某個宏是否被定義
#line??????????????? 標(biāo)志該語句所在的行號
#????????????????????? 將宏參數(shù)替代為以參數(shù)值為內(nèi)容的字符竄常量
##?????????????????? 將兩個相鄰的標(biāo)記(token)連接為一個單獨的標(biāo)記
#pragma?????? 說明編譯器信息
#warning?????? 顯示編譯警告信息
#error????????? 顯示編譯錯誤信息

(二) 預(yù)處理的文法
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預(yù)處理并不分析整個源代碼文件, 它只是將源代碼分割成一些標(biāo)記(token), 識別語句中哪些是C語句, 哪些是預(yù)處理語句. 預(yù)處理器能夠識別C標(biāo)記, 文件名, 空白符, 文件結(jié)尾標(biāo)志.
預(yù)處理語句格式:??? #command name(...) token(s)
1, command預(yù)處理命令的名稱, 它之前以#開頭, #之后緊隨預(yù)處理命令, 標(biāo)準(zhǔn)C允許#兩邊可以有空白符, 但比較老的編譯器可能不允許這樣. 若某行中只包含#(以及空白符), 那么在標(biāo)準(zhǔn)C中該行被理解為空白. 整個預(yù)處理語句之后只能有空白符或者注釋, 不能有其它內(nèi)容.
2, name代表宏名稱, 它可帶參數(shù). 參數(shù)可以是可變參數(shù)列表(C99).
3, 語句中可以利用""來換行.
e.g.
# define ONE 1 /* ONE == 1 */
等價于: #define ONE　１
#define err(flag, msg) if(flag) \
?? printf(msg)
等價于: #define err(flag, msg) if(flag) printf(msg)

(三) 預(yù)處理命令詳述
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1, #define
#define命令定義一個宏:
#define MACRO_NAME(args) tokens(opt)
之后出現(xiàn)的MACRO_NAME將被替代為所定義的標(biāo)記(tokens). 宏可帶參數(shù), 而后面的標(biāo)記也是可選的.
對象宏
不帶參數(shù)的宏被稱為"對象宏(objectlike macro)"
#define經(jīng)常用來定義常量, 此時的宏名稱一般為大寫的字符串. 這樣利于修改這些常量.
e.g.
#define MAX 100
int a[MAX];
#ifndef __FILE_H__
#define __FILE_H__
#include "file.h"
#endif
#define __FILE_H__ 中的宏就不帶任何參數(shù), 也不擴展為任何標(biāo)記. 這經(jīng)常用于包含頭文件.
要調(diào)用該宏, 只需在代碼中指定宏名稱, 該宏將被替代為它被定義的內(nèi)容.
函數(shù)宏
帶參數(shù)的宏也被稱為"函數(shù)宏". 利用宏可以提高代碼的運行效率: 子程序的調(diào)用需要壓棧出棧, 這一過程如果過于頻繁會耗費掉大量的CPU運算資源. 所以一些代碼量小但運行頻繁的代碼如果采用帶參數(shù)宏來實現(xiàn)會提高代碼的運行效率.
函數(shù)宏的參數(shù)是固定的情況
函數(shù)宏的定義采用這樣的方式: #define name( args ) tokens
其中的args和tokens都是可選的. 它和對象宏定義上的區(qū)別在于宏名稱之后不帶括號.
注意, name之后的左括號(必須緊跟name, 之間不能有空格, 否則這就定義了一個對象宏, 它將被替換為 以(開始的字符串. 但在調(diào)用函數(shù)宏時, name與(之間可以有空格.
e.g.
#define mul(x,y) ((x)*(y))
注意, 函數(shù)宏之后的參數(shù)要用括號括起來, 看看這個例子:
e.g.
#define mul(x,y) x*y
"mul(1, 2+2);" 將被擴展為: 1*2 + 2
同樣, 整個標(biāo)記串也應(yīng)該用括號引用起來:
e.g.
#define mul(x,y) (x)*(y)
sizeof mul(1,2.0) 將被擴展為 sizeof 1 * 2.0
調(diào)用函數(shù)宏時候, 傳遞給它的參數(shù)可以是函數(shù)的返回值, 也可以是任何有意義的語句:
e.g.
mul (f(a,b), g(c,d));
e.g.
#define insert(stmt) stmt
insert ( a="1"; b="2";) 相當(dāng)于在代碼中加入 a="1"; b="2" .
insert ( a="1", b="2";) 就有問題了: 預(yù)處理器會提示出錯: 函數(shù)宏的參數(shù)個數(shù)不匹配. 預(yù)處理器把","視為參數(shù)間的分隔符.
insert ((a=1, b="2";)) 可解決上述問題.
在定義和調(diào)用函數(shù)宏時候, 要注意一些問題:
1, 我們經(jīng)常用{}來引用函數(shù)宏被定義的內(nèi)容, 這就要注意調(diào)用這個函數(shù)宏時的";"問題.
example_3.7:
#define swap(x,y) { unsigned long _temp=x; x="y"; y=_tmp}
如果這樣調(diào)用它: "swap(1,2);" 將被擴展為: { unsigned long _temp=1; 1=2; 2=_tmp};
明顯后面的;是多余的, 我們應(yīng)該這樣調(diào)用: swap(1,2)
雖然這樣的調(diào)用是正確的, 但它和C語法相悖, 可采用下面的方法來處理被{}括起來的內(nèi)容:
#define swap(x,y) \
?? do { unsigned long _temp=x; x="y"; y=_tmp} while (0)
swap(1,2); 將被替換為:
do { unsigned long _temp=1; 1=2; 2=_tmp} while (0);
在Linux內(nèi)核源代碼中對這種do-while(0)語句有這廣泛的應(yīng)用.
2, 有的函數(shù)宏是無法用do-while(0)來實現(xiàn)的, 所以在調(diào)用時不能帶上";", 最好在調(diào)用后添加注釋說明.
eg_3.8:
#define incr(v, low, high) \
?? for ((v) = (low),; (v) <= (high); (v)++)
只能以這樣的形式被調(diào)用: incr(a, 1, 10) /* increase a form 1 to 10 */
函數(shù)宏中的參數(shù)包括可變參數(shù)列表的情況
C99標(biāo)準(zhǔn)中新增了可變參數(shù)列表的內(nèi)容. 不光是函數(shù), 函數(shù)宏中也可以使用可變參數(shù)列表.
#define name(args, ...) tokens
#define name(...) tokens
"..."代表可變參數(shù)列表, 如果它不是僅有的參數(shù), 那么它只能出現(xiàn)在參數(shù)列表的最后. 調(diào)用這樣的函數(shù)宏時, 傳遞給它的參數(shù)個數(shù)要不少于參數(shù)列表中參數(shù)的個數(shù)(多余的參數(shù)被丟棄).
通過__VA_ARGS__來替換函數(shù)宏中的可變參數(shù)列表. 注意__VA_ARGS__只能用于函數(shù)宏中參數(shù)中包含有"..."的情況.
e.g.
#ifdef DEBUG
#define my_printf(...) fprintf(stderr, __VA_ARGS__)
#else
#define my_printf(...) printf(__VA_ARGS__)
#endif
tokens中的__VA_ARGS__被替換為函數(shù)宏定義中的"..."可變參數(shù)列表.
注意在使用#define時候的一些常見錯誤:
#define MAX = 100
#define MAX 100;
=, ; 的使用要值得注意. 再就是調(diào)用函數(shù)宏是要注意, 不要多給出";".
注意: 函數(shù)宏對參數(shù)類型是不敏感的, 你不必考慮將何種數(shù)據(jù)類型傳遞給宏. 那么, 如何構(gòu)建對參數(shù)類型敏感的宏呢? 參考本章的第九部分, 關(guān)于"##"的介紹.
?
關(guān)于定義宏的另外一些問題
(1) 宏可以被多次定義, 前提是這些定義必須是相同的. 這里的"相同"要求先后定義中空白符出現(xiàn)的位置相同, 但具體的空白符類型或數(shù)量可不同, 比如原先的空格可替換為多個其他類型的空白符: 可為tab, 注釋...
e.g.
#define NULL 0
#define NULL　/* null pointer */???? 0
上面的重定義是相同的, 但下面的重定義不同:
#define fun(x) x+1
#define fun(x) x + 1 或: #define fun(y) y+1
如果多次定義時, 再次定義的宏內(nèi)容是不同的, gcc會給出"NAME redefined"警告信息.
應(yīng)該避免重新定義函數(shù)宏, 不管是在預(yù)處理命令中還是C語句中, 最好對某個對象只有單一的定義. 在gcc中, 若宏出現(xiàn)了重定義, gcc會給出警告.
(2) 在gcc中, 可在命令行中指定對象宏的定義:
e.g.
$ gcc -Wall -DMAX=100 -o tmp tmp.c
相當(dāng)于在tmp.c中添加" #define MAX 100".
那么, 如果原先tmp.c中含有MAX宏的定義, 那么再在gcc調(diào)用命令中使用-DMAX, 會出現(xiàn)什么情況呢?
---若-DMAX=1, 則正確編譯.
---若-DMAX的值被指定為不為1的值, 那么gcc會給出MAX宏被重定義的警告, MAX的值仍為1.
注意: 若在調(diào)用gcc的命令行中不顯示地給出對象宏的值, 那么gcc賦予該宏默認值(1), 如: -DVAL == -DVAL=1
(3) #define所定義的宏的作用域
宏在定義之后才生效, 若宏定義被#undef取消, 則#undef之后該宏無效. 并且字符串中的宏不會被識別。