预处理详解

用户11831438

发布于 2025-12-30 13:29:04

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1.预定义符号

C语言设置一一些预定义符号，可以直接使用，预定义符号也是在预处理期间处理的。

1 __FILE__ //进行编译的源文件 2 __LINE__ //文件当前的行号 3 __DATE__ //文件被编译的日期 4 __TIME__ //文件被编译的时间 5 __STDC__ //如果编译器遵循ANSI C，其值为1，否则未定义

举个例子：

#include<stdio.h>
int main()
{
	printf("file:%s\n", __FILE__);
	printf("line:%d\n",__LINE__);
	return 0;
}

2. #define定义常量

基本语法：

#define name stuff
name为名字，stuff为内容

举例：

重要：在预处理阶段进行处理，下面遇到define定义的内容，会直接被全部替换，同时删除define

#define MAX 100
int main()
{
	int a = 5 + MAX;
	printf("%d\n", a);
	return 0;
}

#define do_forever for(;;)
//对于for循环，判段部分什么都不写的时候，表示恒为真

#define reg register   //为register这个关键词，创建一个简短的名字
register int num;//建议将num中的值存放到寄存器中

电脑上的存储器：1、内存 2、硬盘 3、寄存器（寄存器是集成到CPU上的，寄存器的读取速度非常快，并且寄存器的数量有限）

int main()
{
	int num = 0;
	scanf("%d", &num);
	switch (num)
	{
	case 1:
		break;
	case 2:
		break;
	case 3:
		break;
	default:
		break;
	}
	return 0;
}

#define CASE break;case
int main()
{
	int num = 0;
	scanf("%d", &num);
	switch (num)
	{
	case 1:
	CASE 2:
	CASE 3:
		break;
	default:
		break;
	}
	return 0;
}

printf函数不支持多行书写，若想不在同一行上写，则用续行符号"\"

// 如果定义的stuff过⻓，可以分成⼏⾏写，除了最后⼀⾏外，
// 每⾏的后⾯都加⼀个反斜杠\(续行符)
#define DEBUG_PRINT printf("file:%s\tline:%d\t \
 date:%s\ttime:%s\n" ,\
 __FILE__,__LINE__ ，\
	__DATE__, __TIME__)

思考：在define定义标识符的时候，要不要在最后加上 ; ? 建议：define后面的；尽量不加，加上可能会有问题

3. #define定义宏

#define机制包括了一个规定，允许把参数替换到文本中，这钟实现通常称为宏（macro）或定义宏（define macro）。

下面是宏的申明方式：

#define name(parament-list) stuff
//parament-list为参数列表

其中的parament-list是一个由逗号隔开的符号表，他们可能出现在stuff中。

注意：参数列表的左括号必须与name紧邻，如果两者之间由任何空白存在，参数列表就会被解释为stuff的一部分。

举例：

#define SQUARE(x) x*x
int main()
{
	int a = 5;
	printf("%d\n", SQUARE(a));
	return 0;
}

这个宏接收一个参数x，如果在上述声明之后，将SQUARE(5);置于程序中，预处理器就会用 5*5替换上面的表达式。但是不知道有没有小伙伴看出此代码有那么一点点小问题？让我们观察一下下面的代码：

#define SQUARE(x) x*x
int main()
{
	int a = 5;
	printf("%d\n", SQUARE(a+1));
	return 0;
}

如果你不仔细观察，你会一口说出程序运行的结果是36,但是事实上打印的结果是11，这是什么原因呢？

在上面的学习中，我们学习到遇到define定义的内容，会直接被全部替换，替换文本时，参数x被替换成a+1,所以上面这条语句实际变成了：a+1*a+1

替换产生的表达式并没有按照预想的次序进行求值。

解决方案：在宏定义上加上两个括号，这样问题就被轻松解决：

#define SQUARE(x) (x)*(x)
int main()
{
	int a = 5;
	printf("%d\n", SQUARE(a));
	return 0;
}

定义中使用了括号，想避免之前的问题，但是这个宏可能会出现新的问题。

#define ADD(x) (x)+(x)
int main()
{
	int a = 5;
	printf("%d\n", 10*ADD(a));
	return 0;
}

上面这段代码会打印什么？看上去好像是打印 100，但事实上打印的是55。

我们将文本替换后，得到：

printf("%d\n",10*(5)+(5))

乘法运算的次序高于加法运算，所以出现了55

解决方案：

#define ADD(x) ((x)*(x))

提示：用于对数值表达式进行求值的宏定义都应该用这种方式加上括号，避免在使用宏时由于参数中的操作符运算的先后顺序和邻近操作符之间不可预料的相互作用。

4. 带有副作用的宏参数

当当宏参数在宏的定义中出现超过一次的时候，如果参数带有副作用，那么你在使用这个宏的时候就可能出现危险，导致不可预测的后果。副作用就是表达式求值的时候出现的永久性效果。

例如： 1 x+1 //不带副作用 2 x++ //带副作用

MAX宏可以证明具有副作用的参数所引起的问题:

#include<stdio.h>
#define MAX(a,b) ((a>b)?(a):(b))
int main()
{
	int a = 3;
	int b = 4;
	int max = MAX(a++, b++);
	printf("%d\n", max);
	printf("%d %d\n", a, b);
	return 0;
}

上面代码运行的结果是多少？

当预处理器处理的结果是：

max = ((a++ > b++) ? (a++) : (b++));

所以输出的结果是：max=5,a=4,b=6

复习： 三目运算符也叫条件运算符、三元运算符，是由一个问号和一个冒号组成。（？：）,是 C语言中惟一的一个三目运算符，由条件运算符可以构成条件表达式，它的格式为：

表达式1 ? 表达式2 : 表达式3

先执行表达式1，如果表达式1的结果如果为真，那么执行表达式2，并且这个整体的运算式的结果是表达式2的结果；如果表达式1的结果如果为假，执行表达式3，运算式的结果是表达式3的结果

5. 宏替换的规则

在程序中扩展#define定义符号和宏时，需要涉及几个步骤：

在调用宏时，首先对参数进行检查，看看是否包含任何由#define定义的符号。如果是，它们首先被替换。
替换文本随后被插入到程序中原来文件的位置。对于宏，参数名就是被他们的值所替换。
最后，再次对结果文件进行扫描，看看它是否包含任何由#define定义的符号。如果是，就重复上述处理过程。

注意：

宏参数和#define定义中可以出现其他#define定义的符号。但是对于宏，不能出现递归。
当预处理器搜索#define定义的符号的时候，字符串常量的内容不被搜索，也就是字符串中的不会被替换

6. 宏与函数的对比

宏通常被应用于执行简单的运算。比如在两个数中找出较大的一个时，写成下面的宏，会更有优势：

#define MAX(a,b) (((a)>(b))?(a):(b))

那为什么不用函数来完成这个任务？

原因：

用于调用函数和从函数返回的代码可能比实际执行这个小型计算工作所需要的时间更多。所以宏比函数在程序的规模和速度方面更胜⼀筹。
更为重要的是函数的参数必须声明为特定的类型。所以函数只能在类型合适的表达式上使用。反之这个宏可以适用于整型、长整型、浮点型等可以用于>来比较的类型。宏的参数于与类型是无关的

和函数相比宏的劣势：

每次使⽤宏的时候，⼀份宏定义的代码将插⼊到程序中。除非宏比较短，否则可能大幅度增加程序的长度。
宏是没法调试的。
宏由于与类型无关，也就不够严谨。
宏可能会带来运算符优先级的问题，导致程容易出现错。

宏有时候可以做到函数做不到的事情。比如：宏的参数可以出现类型，但是函数做不到。

如果我们想向堆区申请一段int、char、float类型数据的空间：

#include<stdlib.h>
int main()
{
	int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
	char* p = (char*)malloc(10 * sizeof(char));
	float* p = (float*)malloc(10 * sizeof(float));
	return 0;
}

如果按照上面的写法，我们需要书写三段接近一样的代码，那有没有不这么麻烦的写法呢？话不多说，看代码：

#include<stdlib.h>
#define MALLOC(num,type) (type*)malloc(num*sizeof(type))
int main()
{
	int* p = MALLOC(10, int);
	char* p1 = MALLOC(10, char);
	float* p2 = MALLOC(10, float);
	//预处理替换后
	//int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
	//char* p = (char*)malloc(10 * sizeof(char));
	//float* p = (float*)malloc(10 * sizeof(float));
	return 0;
}

宏和函数的对比：

属性	#define定义宏	函数
代码长度	每次使用时，宏代码都会被插入到程序中。除了非常小的宏以外，程序的长度都会被大幅增长	函数代码只出现于一个地方；每次使用这函数时，都调用那个地方的同一份代码
执行速度	更快	存在函数的调用和返回的额外开销，所有相对慢一些
操作符优先级	宏参数的求值是在周围所有表达式的上下文环境里，除非加上括号，否则邻近操作符的优先级可能会产生不可预料的后果，所以建议书写宏的时候多写括号	函数参数只在函数调用的时候求值一次，其结果值传递给函数，表达式的求值结果容易预测
带有副作用的参数	参数可能被替换到宏体中的多个位置，如果宏的参数被多次计算，带有副作用的参数求值可能会产生不可预料的结果。	函数参数只在传参的时候求值一次，结果容易控制。
参数类型	宏的参数与类型无关，只要对参数的操作是合法的，它就可以使用于任何参数类型	函数的参数和函数类型有关，如果参数的类型不同，就需要不同的函数，即使他们执行的任务是不同的。
调试	宏是不方便调试的	函数式可以逐语句调试的
递归	宏是不能递归的	函数是可以递归的

7. #和##

7.1 #运算符

#运算符将宏的一个参数转换为字符串字面量。它仅允许出现在带参数的宏的替换列表中。

#运算符所执行的操作可以理解为“字符串化”，例如：#n->“n”，使参数n变成了字符串n。

当我们有一个变量int a=0;时，想打印出：the value of a is 10

就可以写成：

#define PRINT(n,format)\
printf("the value of "#n" is " format"\n",n)
int main()
{
	int a = 10;
	PRINT(a,"%d");
	//预处理器处理后:
	//printf("the value of a is %d\n", a);
	return 0;
}

多个字符串在一起会合并成一个字符串。

7.2 ##运算符

##运算符可以把位于它两边的符号合成一个符号，它允许宏定义从分离的文本片段创建标识符。##被称为记号粘合，这样的连接必须产生一个合法的标识符，否则其结果是未定义的。

代码举例：

int int_max(int x, int y)
{
	return x > y ? x : y;
}
float float_max(float x, float y)
{
	return x > y ? x : y;
}

如果比较大小按照上面这种写法，是不是有点繁琐，现在我们可以这样写：

#define compare_max(type,x,y)\
type##_max(type x,type y)\
{\
	return x > y ? x : y;\
}

8. 命名约定

⼀般来讲函数和宏的使用语法很相似。所以语言本身没法帮我们区分⼆者。

那我们平时的⼀个习惯是：

把宏名全部大写
函数名不要全部大写

9. #undef

这条指令用于移除一个宏定义

#undef NAME

10. 命令行定义

许多C 的编译器提供了⼀种能力，允许在命令⾏中定义符号。⽤于启动编译过程。例如：当我们根据同⼀个原文件要编译出⼀个程序的不同版本的时候，这个特性有点⽤处。（假定某个程序中声明了⼀个某个⻓度的数组，如果机器内存有限，我们需要⼀个很⼩的数组，但是另外⼀个机器内存⼤些，我们需要⼀个数组能够⼤些。）我们可以通过下面这种方式来实现，这里建议大家使用vs code配置相应的环境来进行操作：

#include <stdio.h>
int main()
{
	int array[ARRAY_SIZE];
	int i = 0;
	for (i = 0; i < ARRAY_SIZE; i++)
	{
		array[i] = i;
	}
	for (i = 0; i < ARRAY_SIZE; i++)
	{
		printf("%d ", array[i]);
	}
	printf("\n");
	return 0;
}

编译指令(linux环境):

/linux 环境演⽰ gcc -D ARRAY_SIZE=10 programe.c

11. 条件编译

在编译一个程序的时候我们将一条语句（一组语句）编译或者放弃是很方便的。因为我们有条件编译指令。

比如说：调试性的代码，删除可惜，保留又碍事，所以我们可以选择性的编译。

#include<stdio.h>
#define __DEBUG__
int main()
{
	int i = 0;
	int arr[10] = { 0 };
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		arr[i] = i;
#ifdef __DEBUG__
		printf("%d\n", arr[i]);//观察数组是否赋值成功
#endif // DEBUG

	}
	return 0;
}

常见的条件编译指令：

1.普通条件编译

#if 常量表达式
	//……
#endif
//常量表达式由预处理器求值

如：
#define __DUBUG__ 1
#if __DEBUG__
	//......
#endif

#define m 100
#include<stdio.h>
int main()
{
	int a = 10;
#if m==100
	printf("%d\n", a);
#endif
	return 0;
}

错误写法： 常量表达式的处理是在预处理阶段进行的！！！

#include<stdio.h>
int main()
{
	int a = 10;
//错误写法，在预处理阶段，int a=10;此代码还没有
#if a==10
	printf("%d\n", a);
#endif
	return 0;
}

2. 多个分支的条件编译

#if 常量表达式
	//......
#elif 常量表达式
	//......
#else
	//......
#endif

#define M 100
 int main()
 {
 #if M == 0
     printf("hehe\n");
 #elif M == 10
     printf("haha\n");
 #elif M == 100
     printf("呵呵\n");
 #else
     printf("哈哈\n");
 #endif

 	return 0;
 }

3. 判段是否被定义

被定义
#if defined(symbol)//symbol为符号名
#ifdef symbol

没有被定义
#if !defined(symbol)
#ifndef symbol

3.1 被定义

代码1：

#define M 0
int main()
{
#if defined(M)
	printf("hehe\n");
#endif
	return 0;
}

代码2：

#define M 0
int main()
{
#ifdef M
	printf("hehe\n");
#endif
	return 0;
}

3.2 没有被定义

代码1：

int main()
{
#if !defined(M)
	printf("hehe\n");
#endif
	return 0;
}

代码2：

int main()
{
#ifndef M
	printf("hehe\n");
#endif
	return 0;
}

4.嵌套指令

# if defined(OS_UNIX)
            # ifdef OPTION1
                      unix_version_option1();
            # endif
            # ifdef OPTION2
                       unix_version_option2();
            # endif
# elif defined(OS_MSDOS)
            # ifdef OPTION2
                       msdos_version_option2();
            # endif
# endif

12. 头文件的包含

12.1 头文件被包含的方式

12.1.1 本地文件包含

#include "filename"

查找策略：

先在源文件所在目录下查找，如果该头文件未找到，编译器就像查找库函数头文件一样在标准位置查找头文件。如果找不到就提示编译错误。

Linux环境的标准头文件的路径：

1. /usr/include

VS环境的标准头文件的路径：

1. C:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio 12.0\VC\include 2. // 这里是 VS2013 的默认路径

我们这里注意一下，要按照自己的安装路径去找。

12.1.2 库文件包含

#include<filename.h>

查找策略：

查找头文件直接去标准路径下去查找，如果找不到就提示编译错误。

12.2 嵌套文件包含

我们已经知道，#include指令可以使另外一个文件被编译，就像它实际出现于#inlcude指令的地方一样。

这种替换的方式很简单：预处理器先删除这条指令，并用包含文件的内容替换。

一个头文件被包含10次，那就实际被编译10次，如果重复包含，对编译的压力就比较大，头文件被重复包含会导致代码冗余。我们来看看实际例子吧~

test.c:

#include "test.h"
#include "test.h"
#include "test.h"
#include "test.h"
#include "test.h"

int main()
{

    return 0;
}

test.h:

//声明一个函数 
int Add(int x, int y);

如果直接这样写，test.c文件中将test.h包含5次，那么test,h文件的内容将会被拷贝5份在test.c中，如果test.h文件比较大，这样预处理后代码量会剧增。

如何解决头文件被重复引入的问题呢？答案是：条件编译

每个头文件的开头这样写:

#ifndef __TEST__
#define __TEST__
//头文件的内容
int Add(int x, int y);
#endif // !__TEST__

头文件中的 ifndef / define / endif 的作用是防止头文件被重复引入

或者

#pragma once

上面两种写法就可以避免头文件的重复引入

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原始发表：2025-12-30，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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