【C语言：编译、预处理详解】

1.编译

我们都知道，一个程序如果想运行起来要经过编译、链接然后才能生成.exe的文件。

编译?可以分解为三个过程：

• 预处理（有些书也叫预编译）、
• 编译
• 汇编

预处理阶段主要处理那些源文件中以#开始的预编译指令。比如：#include，#define，处理的规则如下：

• 删除所有的注释（该步骤在宏替换之前）
• 将所有的 #define 删除，并替换所有的宏定义。
• 处理所有的条件编译指令，如： #if、#elif、#else、#ifdef、#ifndef、#endif 。
• 处理#include 预编译指令，将包含的头文件的内容插?到该预编译指令的位置。这个过程是递归进行的，也就是说被包含的头文件也可能包含其他文件。
• 添加行号和文件名标识，方便后续编译器生成调试信息等。
• 保留所有的#pragma的编译器指令，编译器后续会使?。

经过预处理后的.i?件中不再包含宏定义，因为宏已经被展开。并且包含的头?件都被插?到.i文件中。所以当我们无法知道宏定义或者头文件是否包含正确的时候，可以查看预处理后的.i文件来确认。

编译阶段：就是将预处理后的?件进行?系列的：词法分析、语法分析、语义分析及优化 ，?成相应的汇编代码?件。
汇编阶段：汇编器将汇编代码转转变成机器可执?的指令，每?个汇编语句?乎都对应?条机器指令。就是根据汇编指令和机器指令的对照表??的进?翻译，也不做指令优化。

2.预处理

C语言提供的预处理功能主要有以下三种：

• 宏定义
• 条件编译
• 文件包含

2.1宏定义

2.1.1预定义符号

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

__FILE__ //进?编译的源?件
__LINE__ //?件当前的?号
__DATE__ //?件被编译的?期
__TIME__ //?件被编译的时间
__STDC__ //如果编译器遵循ANSI C，其值为1，否则未定义

2.1.2#define定义常量

1. 基本使用

2. 巧妙使用

3. 续航符

当需要替换的内容过长的时候，可以使用 \ 实现续航。

思考：在#define定义标识符的时候，要不要在最后加上 ;
建议不要加上 ; 这样容易导致问题

如果是加了分号的情况，等替换后，if和else之间就是2条语句，?没有?括号的时候，if后边只能有?条语句 。这?会出现语法错误。

2.1.3#define定义宏

#define机制包括了?个规定，允许把参数替换到?本中，这种实现通常称为宏。
宏的声明方式：

#define name( parament-list ) stuff

其中的 parament-list 是?个由逗号隔开的符号表，它们可能出现在stuff中。参数列表的左括号必须与name紧邻，如果两者之间有任何空?存在，参数列表就会被解释为stuff的?部分。

对于上述案例，我们可以清楚的看到括号在宏中起着至关重要的作用，为了让表达式的结果是我们想要的结果，要尽量给宏带上括号。避免在使?宏时由于参数中的操作符或邻近操作符之间不可预料的相互作?。
要点：宏在使用的时候，只是原样替换，不进行任何的改变。
下面代码的输出结果是什么呢？

#define MAX(a, b) ((a) > (b) ? (a) : (b))
int main()
{
	int x = 5;
	int y = 8;
	int z = MAX(x++, y++);
	printf("x=%d y=%d z=%d\n", x, y, z);
	return 0;
}

z = ( (x++) > (y++) ? (x++) : (y++));
x-->5-->6
y-->8-->9-->10
z-->9
所以输出的结果是：x=6 y=10 z=9

2.1.4do-while-zero

假如现在我有一个代码，我就想在if后面跟一条用宏定义多条语句的一条语句，我可以怎么做呢？

我们发现这样是可以实现目的，但是有点别扭，而且我们习惯在一条语句后面加分号，所以在预处理后的代码中，就会对应有两个分号。

那到底能怎么处理呢？

这样是不是就可以满足既是一条语句，还能写分号（没有空语句）的目的了。

2.1.5宏的注意事项

1. 源文件的任何地方，宏都可以定义，与是否在函数内外，无关
2. 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。

1. 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。
2. 替换?本随后被插?到程序中原来?本的位置。对于宏，参数名被他们的值所替换。
3. 最后，再次对结果?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，字符串常量的内容并不被搜索。

3. 宏的作用范围

从定义处开始，往后都有效（没有出现#undef）

出现#undef

思考下面的代码：

2.1.6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?的?个时，写成下?的宏，更有优势?些。

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

那为什么不?函数来完成这个任务？
原因有二：

1. 用于调用函数和从函数返回的代码可能?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??更胜?筹。
2. 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?。反之这个宏怎可以适?于整形、?整型、浮点型等可以?于 > 来?较的类型。宏是类型?关的。

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

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#define MALLOC(num, type) (type*)malloc((num) * sizeof(type))
int main()
{
	int* p = (int*)malloc(40);
	int* q = MALLOC(10, int);
	//(int*)malloc((10) * sizeof(int))
	return 0;
}

宏和函数的?个对比

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。除了非常小的宏之外，程序的长度会大幅度增长	函数的代码只出现在一个地方，每次使用函数时，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，所以相对慢一点
操作符优先级	宏参数的求值是在所有周围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，所以建议宏在书写的时候多些括号	函数的参数只在调用时求值一次，结果传递给函数。表达式的求值更容易预测
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，结果更容易控制
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。	函数的参数与类型有关，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相同的。
调试	宏是不方便调试的	函数是可以逐语句调试的
递归	宏是不能递归的	函数是可以递归的

2.2条件编译

一般情况下，源程序中所有行都参加编译。但有时候希望程序中的一部分内容只在满足一定条件时才进行编译，也就是对这一部分内容指定编译的条件，这就是“条件编译”。
条件编译的指令有以下几种形式：

1. #ifdef #else # endif
   它的作用是：若指定的标识符以定义（不管真假），则让程序段1参与编译，否则让程序段2参与编译。
   #endif必须要有，#else可以没有

2. #ifndef #else # endif
   它的作用是：若指定的标识符没有定义，则让程序段1参与编译，否则让程序段2参与编译。这种形式与第一种恰恰相反。

3. #if #else # endif
   它的作用是：判断指定表达式的结果是否为真，为真就执行程序段1；否则执行程序段2.

多分支的条件编译

利用 #if 实现 #indef / #ifndef

2.3文件包含

所谓文件包含，是指一个源文件可以将另一个源文件的全部内容包含进来，即将另外的文件内容包含到本文件之中，插入到当前位置。
C语言有两种文件包含的方式：

• #include< >
• #include" "

这两种方式有什么区别呢?- - - - -二者的查找策略不同

• #include< > :查找头文件直接去标准路径下查找，如果找不到就提?编译错误。
• #include" "：先在源?件所在?录下查找，如果该头文件未找到，编译器就像查找库函数头?件?样，再去标准路径下查找头?件。如果找不到就提示编译错误。

这样是不是可以说，对于库?件也可以使? " " 的形式包含？

是的，可以，但是这样做查找的效率就低些，当然这样也不容易区分是库文件还是本地?文件了。

文件包含就是将指定文件内容包含到本文件之中，插入到当前位置。那如果我将一个头文件重复包含会怎么样呢？

包含几次，就会将所包含文件的代码复制几次，如果工程比较大，有公共使用的头文件，被?家都能使用，又不做任何的处理，那么后果真的不堪设想。

如何解决头?件被重复引?的问题？

答案：条件编译

#ifndef __TEST_H__
#define __TEST_H__
//头?件的内容
#endif //__TEST_H__

或

#pragma once

3.offsetoff

这个其实是一个宏，它的作用就是返回结构体/共用体成员，在结构体/共用体中的偏移量。

既然我们已经学习了宏，那就来模拟实现以下吧！
我们都知道，偏移量是相较于起始位置的地址，那么是不是就可以将这个起始位置想象为0。
将0强转为一个结构体类型的指针，然后去访问结构体的成员，
取出该成员的地址，这时候该成员的地址是不是就是相较于0地址处的偏移量了呢？
代码如下：

#define MY_OFFSETOF(type,member_name)  (int)&(((type*)0)->member_name)
struct stu
{
	char c1;
	int i;
	char c2;
};
int main()
{
	struct stu s = { 0 };
	printf("%d\n", MY_OFFSETOF(struct stu, c1));
	printf("%d\n", MY_OFFSETOF(struct stu, i));
	printf("%d\n", MY_OFFSETOF(struct stu, c2));
	return 0;
}

4.#与##

4.1. #号

平常当我们有?个变量 int a = 10; 的时候，我们想打印出： the value of a is 10 是不是会这样写：

这样写是不是不能是字符串中的变量名联动起来，一个变量就得写一条printf，挺麻烦的。
下面了解一下#：

#运算符是将宏的?个参数转换为字符串字?量。它仅允许出现在带参数的宏的替换列表中。#运算符所执?的操作可以理解为”字符串化“。

有了#就可以这样写：

4.2 ##号

##可以把位于它两边的符号合成?个符号，它允许宏定义从分离的?本?段创建标识符，## 被称为记号粘合。
这样的连接必须产生?个合法的标识符，否则其结果就是未定义的。
右侧为预处理后的结果：