预编译头文件解析

 

一、预编译头文件说明

 

所谓头文件预编译，就是把一个工程(Project)中使用的一些MFC标准头文件(如Windows.H、Afxwin.H)预先编译，以后该工程编译时，不再编译这部分头文件，仅仅使用预编译的结果。这样可以加快编译速度，节省时间。

 

预编译头文件通过编译stdafx.cpp生成，以工程名命名，由于预编译的头文件的后缀是“pch”，所以编译结果文件是projectname.pch。

 

编译器通过一个头文件stdafx.h来使用预编译头文件。stdafx.h这个头文件名是可以在project的编译设置里指定的。编译器认为，所有在指令#include "stdafx.h"前的代码都是预编译的，它跳过#include "stdafx. h"指令，使用projectname.pch编译这条指令之后的所有代码。（在编译的时候，在#include "stdafx. h"前面的语句都不予以编译）

 

因此，所有的CPP实现文件第一条语句都是：#include "stdafx.h"。

 

另外，每一个实现文件CPP都包含了如下语句：

 

#ifdef _DEBUG

#undef THIS_FILE

static char THIS_FILE[] = __FILE__;

#endif

 

这是表示，如果生成调试版本，要指示当前文件的名称。__FILE__是一个宏，在编译器编译过程中给它赋值为当前正在编译的文件名称。

 

平常找不到文件尾的时候，其解决方案如下：

vc.net默认情况下使用预编译头(/Yu)，不明白的在加入新.h文件后编译时总出现fatal error C1010: 在查找预编译头指令时遇到意外的文件结尾的错误。解决方法是在在include头文件的地方加上#include "stdafx.h",或者打项目属性，找到“C/C++”文件夹，单击“预编译头”属性页。修改“创建/使用预编译头”属性为“不使用预编译头”。

 

二、C/C++头文件一览

 

C、传统 C++

#include <assert.h>　　　　//设定插入点

#include <ctype.h>　　　　 //字符处理

#include <errno.h>　　　　 //定义错误码

#include <float.h>　　　　 //浮点数处理

#include <fstream.h>　　　 //文件输入／输出

#include <iomanip.h>　　　 //参数化输入／输出

#include <iostream.h>　　　//数据流输入／输出

#include <limits.h>　　　　//定义各种数据类型最值常量

#include <locale.h>　　　　//定义本地化函数

#include <math.h>　　　　　//定义数学函数

#include <stdio.h>　　　　 //定义输入／输出函数

#include <stdlib.h>　　　　//定义杂项函数及内存分配函数

#include <string.h>　　　　//字符串处理

#include <strstrea.h>　　　//基于数组的输入／输出

#include <time.h>　　　　　//定义关于时间的函数

#include <wchar.h>　　　　 //宽字符处理及输入／输出

#include <wctype.h>　　　　//宽字符分类

 

标准 C++　（同上的不再注释）

#include <algorithm>　　　 //STL 通用算法

#include <bitset>　　　　　//STL 位集容器

#include <cctype>

#include <cerrno>

#include <clocale>

#include <cmath>

#include <complex>　　　　 //复数类

#include <cstdio>

#include <cstdlib>

#include <cstring>

#include <ctime>

#include <deque>　　　　　 //STL 双端队列容器

#include <exception>　　　 //异常处理类

#include <fstream>

#include <functional>　　　//STL 定义运算函数（代替运算符）

#include <limits>

#include <list>　　　　　　//STL 线性列表容器

#include <map>　　　　　　 //STL 映射容器

#include <iomanip>

#include <ios>　　　　　　 //基本输入／输出支持

#include <iosfwd>　　　　　//输入／输出系统使用的前置声明

#include <iostream>

#include <istream>　　　　 //基本输入流

#include <ostream>　　　　 //基本输出流

#include <queue>　　　　　 //STL 队列容器

#include <set>　　　　　　 //STL 集合容器

#include <sstream>　　　　 //基于字符串的流

#include <stack>　　　　　 //STL 堆栈容器　　　　

#include <stdexcept>　　　 //标准异常类

#include <streambuf>　　　 //底层输入／输出支持

#include <string>　　　　　//字符串类

#include <utility>　　　　 //STL 通用模板类

#include <vector>　　　　　//STL 动态数组容器

#include <cwchar>

#include <cwctype>

 

using namespace std;

 

C99 增加

#include <complex.h>　　 //复数处理

#include <fenv.h>　　　　//浮点环境

#include <inttypes.h>　　//整数格式转换

#include <stdbool.h>　　 //布尔环境

#include <stdint.h>　　　//整型环境

#include <tgmath.h>　　　//通用类型数学宏

 

三、预处理的由来

 

在C++的历史发展中，有很多的语言特征（特别是语言的晦涩之处）来自于C语言，预处理就是其中的一个。C++从C语言那里把C语言预处理器继承过来（C语言预处理器，被Bjarne博士简称为Cpp，不知道是不是C Program Preprocessor的简称）。

 

四、常见的预处理功能

 

预处理器的主要作用就是把通过预处理的内建功能对一个资源进行等价替换，最常见的预处理有：文件包含，条件编译、布局控制和宏替换4种。

 

文件包含：#include 是一种最为常见的预处理，主要是做为文件的引用组合源程序正文。

条件编译：#if,#ifndef,#ifdef,#endif,#undef等也是比较常见的预处理，主要是进行编译时进行有选择的挑选，注释掉一些指定的代码，以达到版本控制、防止对文件重复包含的功能。

 

布局控制：#pragma，这也是我们应用预处理的一个重要方面，主要功能是为编译程序提供非常规的控制流信息。

 

宏替换：#define，这是最常见的用法，它可以定义符号常量、函数功能、重新命名、字符串的拼接等各种功能。

 

五、预处理指令

 

预处理指令的格式如下：

#directive tokens

 

#符号应该是这一行的第一个非空字符，一般我们把它放在起始位置。如果指令一行放不下，可以通过“\”进行控制，例如：

#define Error if(error) exit(1)

等价于

#define Error \

if(error) exit(1)

 

下面我们看一下常见的预处理指令：

#define 宏定义

#undef 未定义宏

#include 文本包含

#ifdef 如果宏被定义就进行编译

#ifndef 如果宏未被定义就进行编译

#endif 结束编译块的控制

#if 表达式非零就对代码进行编译

#else 作为其他预处理的剩余选项进行编译

#elif 这是一种#else和#if的组合选项 //后面有例子的

#line 改变当前的行数和文件名称

#error 输出一个错误信息

#pragma 为编译程序提供非常规的控制流信息

 

下面我们对这些预处理进行一一的说明，考虑到宏的重要性和繁琐性，我们把它放到最后讲。

 

六、文件包含指令

这种预处理使用方式是最为常见的，平时我们编写程序都会用到，最常见的用法是：

#include <iostream> //标准库头文件

#include <iostream.h> //旧式的标准库头文件

#include "IO.h" //用户自定义的头文件

#include "../file.h" //UNIX下的父目录下的头文件

#include "/usr/local/file.h" //UNIX下的完整路径

#include "..\file.h" //Dos下的父目录下的头文件

#include "\usr\local\file.h" //Dos下的完整路径

这里面有2个地方要注意：

1、我们用<iostream>还是<iostream.h>?

我们主张使用<iostream>，而不是<iostream.h>,为什么呢？我想你可能还记得我曾经给出过几点理由，这里我大致的说一下：

首先，.h格式的头文件早在98年9月份就被标准委员会抛弃了，我们应该紧跟标准，以适合时代的发展。其次，iostream.h只支持窄字符集，iostream则支持窄/宽字符集。还有，标准对iostream作了很多的改动，接口和实现都有了变化。最后，iostream组件全部放入namespace std中，防止了名字污染。

2、<io.h>和"io.h"的区别？

其实他们唯一的区别就是搜索路径不同：对于#include <io.h> ，编译器从标准库路径开始搜索对于#include "io.h" ，编译器从用户的工作路径开始搜索。

七、编译控制指令

这些指令的主要目的是进行编译时进行有选择的挑选，注释掉一些指定的代码，以达到版本控制、防止对文件重复包含的功能。使用格式，如下：

1、如果identifier为一个定义了的符号，your code就会被编译，否则剔除。

 

#ifdef identifier

your code

#endif

 

 

2、如果identifier为一个未定义的符号，your code就会被编译，否则剔除。

 

#ifndef identifier

your code

#endif

 

 

3、如果expression非零，your code就会被编译，否则剔除。

 

#if expression

your code

#endif

 

 

4、如果identifier为一个定义了的符号，your code1就会被编译，否则your code2就会被编译。

 

#ifdef identifier

your code1

#else

your code2

#endif

 

 

5、如果epression1非零，就编译your code1，否则，如果expression2非零，就编译your code2，否则，就编译your code3。

 

#if expressin1

your code1

#elif expression2 //呵呵，elif

your code2

#else

your code3

#enif

 

其他预编译指令除了上面我们说的集中常用的编译指令，还有3种不太常见的编译指令#line、#error、#pragma，我们接下来就简单的谈一下。

#line的语法如下：

#line number filename

例如：

#line 30 a.h

其中，文件名a.h可以省略不写。这条指令可以改变当前的行号和文件名，例如上面的这条预处理指令就可以改变当前的行号为30，文件名是a.h。初看起来似乎没有什么用，不过，他还是有点用的，那就是用在编译器的编写中，我们知道编译器对C++源码编译过程中会产生一些中间文件，通过这条指令，可以保证文件名是固定的，不会被这些中间文件代替，有利于进行分析。

#error语法如下：

#error info

例如：

#ifndef UNIX

#error This software requires the UNIX OS.

#endif

这条指令主要是给出错误信息，上面的这个例子就是，如果没有在UNIX环境下，就会输出This software requires the UNIX OS.然后诱发编译器终止。所以总的来说，这条指令的目的就是在程序崩溃之前能够给出一定的信息。

#pragma是非统一的，他要依靠各个编译器生产者。例如VC++中：

#pragma comment(lib,"dllTest.lib")

导入库dllTest.lib。

八、预定义标识符

为了处理一些有用的信息，预处理定义了一些预处理标识符，虽然各种编译器的预处理标识符不尽相同，但是他们都会处理下面的4种：

__FILE__ 正在编译的文件的名字

__LINE__ 正在编译的文件的行号

__DATE__ 编译时刻的日期字符串，例如： "25 Dec 2000"

__TIME__ 编译时刻的时间字符串，例如： "12:30:55"

 

例如：cout<<"The file is :"<<__FILE__"<<"! The lines is:"<<__LINE__<<endl;

九、预处理何去何从

如何取代#include预处理指令，我们在这里就不再一一讨论了。C++并没有为#include提供替代形式，但是namespace提供了一种作用域机制，它能以某种方式支持组合，利用它可以改善#include的行为方式，但是我们还是无法取代#include。

#pragma应该算是一个可有可无的预处理指令，按照C++之父Bjarne的话说，就是：“#pragma被过分的经常的用于将语言语义的变形隐藏到编译系统里，或者被用于提供带有特殊语义和笨拙语法的语言扩充。”

对于#ifdef，我们仍然束手无策，就算是我们利用if语句和常量表达式，仍然不足以替代它，因为一个if语句的正文必须在语法上正确，满足类检查，即使他处在一个绝不会被执行的分支里面。

 

十、预编译头文件的补充说明

这里介绍VC6的预编译功能的使用，由于预编译详细使用比较的复杂，这里只介绍几个最重要的预编译指令: /Yu, /Yc,/Yx,/Fp。其它的详细资料可以参考:

MSDN -> Visual Studio 6.0 Document -> Visual C++ 6.0 Document -> VC++ Programmer Guider -> Compiler and Linker -> Details -> Creating Precompiled Header files

预编译头的概念：

所谓的预编译头就是把一个工程中的那一部分代码，预先编译好放在一个文件里（通常是以.pch为扩展名的），这个文件就称为预编译头文件这些预先编译好的代码可以是任何的C/C++代码，甚至是inline的函数，但是必须是稳定的，在工程开发的过程中不会被经常改变。如果这些代码被修改，则需要重新编译生成预编译头文件。注意生成预编译头文件是很耗时间的。同时你得注意预编译头文件通常很大，通常有6-7M大。注意及时清理那些没有用的预编译头文件。

也许你会问：现在的编译器都有Time stamp的 功能，编译器在编译整个工程的时候，它只会编译那些经过修改的文件，而不会去编译那些从上次编译过，到现在没有被修改过的文件。那么为什么还要预编译头文件呢？答案在这里，我们知道编译器是以文件为单位编译的，一个文件经过修改后，会重新编译整个文件，当然在这个文件里包含的所有头文件中的东西（.eg Macro, Preprocessor ）都要重新处理一遍。VC的预编译头文件保存的正是这部分信息。以避免每次都要重新处理这些头文件。

根据上文介绍，预编译头文件的作用当然就是提高便宜速度了，有了它你没有必要每次都编译那些不需要经常改变的代码。编译性能当然就提高了。

 

要使用预编译头，我们必须指定一个头文件，这个头文件包含我们不会经常改变的代码和其他的头文件，然后我们用这个头文件来生成一个预编译头文件（.pch文件）想必大家都知道 StdAfx.h这个文件。很多人都认为这是VC提供的一个“系统级别”的，编译器带的一个头文件。其实不是的，这个文件可以是任何名字的。我们来考察一个典型的由AppWizard生成的MFC Dialog Based　程序的预编译头文件。（因为AppWizard会为我们指定好如何使用预编译头文件，默认的是StdAfx.h，这是VC起的名字）。我们会发现这个头文件里包含了以下的头文件：

#include <afxwin.h>    // MFC core and standard components

#include <afxext.h>    // MFC extensions

#include <afxdisp.h>    // MFC Automation classes

#include <afxdtctl.h> // MFC support for Internet Explorer 4 Common Controls

#include <afxcmn.h>

这些正是使用MFC的必须包含的头文件，当然我们不太可能在我们的工程中修改这些头文件的，所以说他们是稳定的。

 

 原文：http://www.feijispace.cn/xinqing/113/