知识点

C预处理

5 分钟阅读

定义

C的翻译过程包含预处理、编译和链接等阶段。预处理器处理包含、宏替换与条件编译。预处理指令以 # 开头、独占一行、不以分号结尾，常见的有三类：

#include：把头文件的内容原地插入；
#define：定义宏，编译前做文本替换；
#if / #ifdef / #ifndef / #elif / #else / #endif：条件编译，按条件保留或丢弃一段文本。

宏替换按预处理记号进行，不执行C的类型检查。

性质

宏是文本替换

函数式宏的每个参数、以及整个展开式都要加括号，否则运算符优先级会改变结果：

#define SQUARE_BAD(x) x*x          /* SQUARE_BAD(1 + 2) 展开为1 + 2*1 + 2，得5 */
#define SQUARE_OK(x)  ((x)*(x))    /* SQUARE_OK(1 + 2)  展开为 ((1 + 2)*(1 + 2))，得9 */

宏参数可能在展开结果中出现多次，从而多次求值；SQUARE(i++) 中对同一对象的多次修改没有规定求值次序，会产生未定义行为。宏也不进行函数参数式的类型检查。只做一次求值、又想要类型检查时，用static inline函数代替宏。

#define定义的宏没有作用域，从定义处到文件末尾都有效，可以用 #undef取消。宏名习惯全大写，以便和变量区分。

头文件与包含

#include <stdio.h>：使用尖括号形式包含头文件。
#include "myheader.h"：使用引号形式包含头文件。具体查找位置由实现和构建配置决定。
头文件里放声明（函数原型、类型定义、宏），需要外部链接的对象定义通常放在一个 .c文件中；头文件中的类型定义和某些具有内部链接的定义则另有规则。

包含是文本插入，同一个头文件被包含两次就会展开两次，因此需要包含守卫：

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#ifndef POINT_H
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#define POINT_H
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struct point {
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    int x;
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    int y;
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};
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int point_length_sq(const struct point *p);
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#endif

第一次包含时POINT_H未定义，内容被保留并定义该宏；再次包含时 #ifndef条件不成立，整段被跳过。#pragma once是非标准但被广泛支持的等价写法。

条件编译

条件编译按宏的值决定保留哪一段文本，常用于调试开关和跨平台分支：

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#define DEBUG 1
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#if DEBUG
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    printf("debug: n = %d\n", n);
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#endif
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#ifdef _WIN32
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    /* Windows专用代码 */
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#endif

#if后跟常量表达式，值为0时丢弃该段；
#ifdef NAME判断宏是否已定义，#ifndef判断是否未定义；
#elif、#else、#endif必须配对，嵌套时逐层闭合。

#if 0 ... #endif是暂时排除一段代码的常用写法，比整段注释安全，因为段内的注释符不会打断它。

例子

宏缺少括号的后果

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#include <stdio.h>
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#define SQUARE_BAD(x) x*x
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#define SQUARE_OK(x) ((x)*(x))
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int main(void) {
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    printf("%d\n", SQUARE_BAD(1 + 2));   /* 1 + 2*1 + 2 = 5 */
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    printf("%d\n", SQUARE_OK(1 + 2));    /* (1+2)*(1+2) = 9 */
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    return 0;
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}

预处理器只做替换，替换后乘法先于加法，SQUARE_BAD得到5而不是9。

用包含守卫避免重复定义

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#include "point.h"
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#include "point.h"   /* 第二次包含会被守卫跳过 */
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int main(void) {
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    struct point p = {0, 0};
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    return point_length_sq(&p);
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}

如果point.h没有包含守卫，struct point会被定义两次，编译报重复定义。

交互探索

改变实参，比较未加括号的宏展开与预期的平方。

宏参数缺少括号会怎样？

改变宏实参，比较替换后表达式的分组。

正在准备演示…

题集

练习

在 #define SQUARE(x) x*x下，SQUARE(1 + 2) 展开后的值是。
参考解答
宏只做文本替换，得到1 + 2*1 + 2，乘法先算，结果是 $1+2+2=5$ 。
关于预处理与头文件，下列说法正确的是：
题 preprocessor-facts · choice
A
包含守卫可以避免同一头文件被重复包含时重复定义
B
两种 #include形式可能使用不同的查找路径
C
宏的参数在替换前会做类型检查
D
#if 0 ... #endif可以暂时排除一段代码
参考解答
预处理器不理解类型，C错；其余三项都是预处理阶段的实际行为。