C 语言编程 — 宏定义与预处理器指令

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• 前文列表
• 宏
• 预处理器
• 预处理器指令
• 预处理器指令示例
• 预定义宏
• 预处理器指令运算符
• 宏延续运算符
• 字符串常量化运算符
• 标记（Token）粘贴运算符
• defined() 运算符
• 参数化的宏

前文列表

《程序编译流程与 GCC 编译器》
《C 语言编程 — 基本语法》
《C 语言编程 — 基本数据类型》
《C 语言编程 — 变量与常量》
《C 语言编程 — 运算符》
《C 语言编程 — 逻辑控制语句》
《C 语言编程 — 函数》
《C 语言编程 — 高级数据类型 — 指针》
《C 语言编程 — 高级数据类型 — 数组》
《C 语言编程 — 高级数据类型 — 字符串》
《C 语言编程 — 高级数据类型 — 枚举》
《C 语言编程 — 高级数据类型 — 结构体与位域》
《C 语言编程 — 高级数据类型 — 共用体》
《C 语言编程 — 高级数据类型 — void 类型》
《C 语言编程 — 数据类型的别名》
《C 语言编程 — 数据类型转换》

宏

宏是预处理器指令。它用来将一个标识符（宏名）定义为一个字符串，被定义的字符串称为替换文本。程序在预编译阶段，所有的宏名都会被定义的字符串替换，这便是宏替换。它的功能非常强大，甚至自成一门语言，有兴趣的可以参看宏编程。宏定义通常被用来简化代码的实现，让代码的逻辑更加清晰。

宏的工作原理是定义一些参数，将这些参数复制到特定的格式（宏定义）中，通过修改宏定义（以 #define 为开头的代码片段）或者参数，宏可以生成我们想要的代码。

预处理器

C 预处理器（C Preprocessor）简写为 CPP，又称预编译器，它并不是 C 编译器的组成部分，但是它是编译过程中一个单独的步骤。本质上，C 预处理器不过是一个文本替换工具而已，它们会指示编译器在实际的编译工作之前完成所需的预处理准备。

预处理器指令

C 语言中，所有的预处理器指令都是以 # 开头的。它必须是第一个非空字符，通常位于源文件首部。下面列出了所有重要的预处理器指令：

预处理器指令示例

• 这个指令告诉 CPP 把所有的 MAX_ARRAY_LENGTH 替换为 20。通常用于定义常量。

#define MAX_ARRAY_LENGTH 20

• 这些指令告诉 CPP 从系统库中获取头文件 stdio.h，并添加文本到当前的源文件中。

#include <stdio.h>

• 这些指令告诉 CPP 从本地目录中获取头文件 myheader.h，并添加内容到当前的源文件中。

#include "myheader.h"

• 这个指令告诉 CPP 取消已定义的 FILE_SIZE，并重新定义它为 42。

#undef  FILE_SIZE
#define FILE_SIZE 42

• 这个指令告诉 CPP 只有当 MESSAGE 未定义时，才定义 MESSAGE。

#ifndef MESSAGE
   #define MESSAGE "You wish!"
#endif

• 这个指令告诉 CPP 如果定义了 DEBUG，则执行处理语句。在编译时，如果向 gcc 编译器传递了 -DDEBUG 开关选型，这个指令就非常有用。它定义了 DEBUG，可以在编译期间随时开启或关闭。

#ifdef DEBUG
   /* Your debugging statements here */
#endif

预定义宏

C 语言中定义了许多宏。在编程中可以直接使用这些预定义的宏，但是不能直接修改它们。

#include <stdio.h>

int main() {
   printf("File :%s\n", __FILE__ );
   printf("Date :%s\n", __DATE__ );
   printf("Time :%s\n", __TIME__ );
   printf("Line :%d\n", __LINE__ );
   printf("ANSI :%d\n", __STDC__ );
   return 0;
}

运行：

$ ./main
File :main.c
Date :Apr  4 2020
Time :14:13:10
Line :7
ANSI :1

预处理器指令运算符

C 预处理器提供了下列的运算符来帮助创建宏：

宏延续运算符

一个宏通常写在一个单行上。但是如果宏太长，一个单行容纳不下，则使用宏延续运算符 \。例如：

#define  message_for(a, b) printf(#a " and " #b ": We love you!\n")

// or

#define  message_for(a, b)  \
    printf(#a " and " #b ": We love you!\n")

字符串常量化运算符

在宏定义中，当需要把一个宏的参数转换为字符串常量时，则使用字符串常量化运算符 #。例如：

#include <stdio.h>

#define  message_for(a, b) \
    printf(#a " and " #b ": We love you!\n")

int main(void) {
   message_for(Carole, Debra);
   return 0;
}

运行：

$ ./main
Carole and Debra: We love you!

标记（Token）粘贴运算符

在宏定义中，标记粘贴运算符 ## 会合并两个参数。它允许将两个独立的标记被合并为一个标记。例如：

#include <stdio.h>

#define tokenpaster(n) printf ("token" #n " = %d", token##n)

int main(void) {
   int token34 = 40;
   
   tokenpaster(34);
   return 0;
}

运行：

$ ./main
token34 = 40

上述示例会从编译器产生下列的实际输出：

printf ("token34 = %d", token34);

将 token##n 连接为 token34。在这里，使用了字符串常量化运算符 # 和标记粘贴运算符 ##。

defined() 运算符

defined() 运算符是用在常量表达式中的，用来判断一个标识符是否已经使用 #define 定义过。如果指定的标识符已定义，则值为真。

#include <stdio.h>

#if !defined (MESSAGE)
   #define MESSAGE "You wish!"
#endif

int main(void) {
   printf("Here is the message: %s\n", MESSAGE);  
   return 0;
}

参数化的宏

CPP 一个强大的功能是可以使用参数化的宏来模拟函数。

// 一般函数
int square(int x) {
   return x * x;
}

// 使用参数化的宏来模拟函数
#define square(x) ((x) * (x))

e.g.

#include <stdio.h>

#define MAX(x,y) ((x) > (y) ? (x) : (y))

int main(void) {
   printf("Max between 20 and 10 is %d\n", MAX(10, 20));  
   return 0;
}