【C/C++内功心法】剖析预处理过程，详解其他预处理指令，提升C/C++内功

时间：2022-10-23 13:54:28

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大家好啊，我是不一样的烟火a，今天我将会为大家详细讲解其他的预处理指令。虽然本文章读完后不能让大家代码写得飞起，但是预处理这个过程是十分重要的，其中的很多指令也是经常被考到，你了解了它，它将会大幅提升你的C/C++内功，让你学编程更加的容易。

一、#undef

这条指令用于移除一个宏定义。

#undef NAME
//如果现存的一个名字需要被重新定义，那么它的旧名字首先要被移除。

举例：

#include<stdlib.h> // malloc的头文件
#define MALLOC(num, type) (type*)malloc(num * sizeof(type))

int main()
{
	// 正常使用
	int* p1 = MALLOC(10, int); // 替换后为 int* p1 = (int*)malloc(10 * sizeof(int));

#undef MALLOC // 这条命令下面就用不了MALLOC这个宏了，如果继续用，编译器会报错

	char* p2 = MALLOC(5, int); // 这里就会报错：“MALLOC” 未定义

	return 0;
}

报错与警告：

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二、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。

提示：当前操作会在Linux环境下演示，vs下演示不出这个效果。

举例：

当我们根据同一个源文件要编译出不同的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长度的数组，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。

#include <stdio.h>

int main()
{
	int array[SZ]; // 这里的SZ还没有定义
	int i = 0;

	for (i = 0; i < SZ; i++)
	{
		array[i] = i;
	}

	for (i = 0; i < SZ; i++)
	{
		printf("%d ", array[i]);
	}

	printf("\n");

	return 0;
}
  • 直接用gcc编译上面的代码：

这里gcc就会报错：‘SZ’ undeclared (first use in this function)（' SZ '未声明(首次在此函数中使用)） ​​​​​​​

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  •  但是我们可以在编译的时候定义SZ：
//linux 环境演示
gcc -D SZ=10 test.c

运行结果：

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也可以在编译的时候将SZ定义为100：

//linux 环境演示
gcc -D SZ=100 test.c

 运行结果：

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 温馨提示：命令行定义的符号也是在预处理阶段将文件中对应符号进行替换的。

三、条件编译

在编译一个程序的时候我们如果要将一条语句（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。

常见的条件编译指令：

1.
#if 常量表达式（#if后面必须是常量）
	//...
#endif
//常量表达式由预处理器求值。
如：
#define __DEBUG__ 1
#if __DEBUG__
	//..
#endif



2.多个分支的条件编译
#if 常量表达式
	//...
#elif 常量表达式
	//...
#else
	//...
#endif



3.判断是否被定义
#if defined(symbol) // 全写
#ifdef symbol // 简写

#if !defined(symbol) // 全写
#ifndef symbol // 简写



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

例1（单分支）

#include<stdio.h>

int main()
{
	int arr[10] = { 0 };
	int i = 0;
	
	for (i = 0; i < 10; ++i)
	{
		arr[i] = i;

#if 1 // 这里为1代表真，表示下面内容要进入编译
		printf("%d ", arr[i]);
#endif // 结束条件编译

	}

	return 0;
}

编译后的结果：

int main()
{
	int arr[10] = { 0 };
	int i = 0;
	
	for (i = 0; i < 10; ++i)
	{
		arr[i] = i;


		printf("%d ", arr[i]);
#line 55 "C:\\Users\\86183\\Desktop\\other\\详解预处理\\test.c"

	}

	return 0;
}

运行结果：

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 如果改成：

#if 0 // 这里为0代表假，表示下面内容不会进入编译
    //...
#endif // 结束条件编译

编译后的结果：

int main()
{
	int arr[10] = { 0 };
	int i = 0;
	
	for (i = 0; i < 10; ++i)
	{
		arr[i] = i;



#line 55 "C:\\Users\\86183\\Desktop\\other\\详解预处理\\test.c"

	}

	return 0;
}

运行结果：

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例2（多分支）

#define NUM 2

int main()
{
#if NUM==1
	printf("hehe\n");

#elif NUM==2
	printf("haha\n");

#elif NUM==3
	printf("heihei\n");

#endif
	return 0;
}

运行结果：

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例3（判断是否被定义）

#define MAX 100

int main()
{
	// 全写
#if defined(MAX) // 如果MAX被定义，那么下面语句将会被编译，反之不会。
	printf("heihei\n");
#endif

	// 简写
#ifdef MAX // 如果MAX被定义，那么下面语句将会被编译，反之不会。
	printf("heihei\n");
#endif



	// 全写
#if !defined(MAX) // 如果MAX没有被定义，那么下面语句将会被编译，反之不会。
	printf("haha\n");
#endif

	// 简写
#ifndef MAX // 如果MAX没有被定义，那么下面语句将会被编译，反之不会。
	printf("haha\n");
#endif

	return 0;
}

运行结果：

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例4 （嵌套指令）

#define OS_UNIX 1
#define OPTION2 2

int main()
{
#if defined(OS_UNIX)
	#ifdef OPTION1
		printf("haha\n");
	#endif
	#ifdef OPTION2
		printf("heihei\n");
	#endif
#elif defined(OS_MSDOS)
	#ifdef OPTION2
		printf("hehe\n");
	#endif
#endif
}

运行结果：

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温馨提示：像上面这种条件编译其实经常会被用到，就比如stdio.h这个头文件里面就用了很多的条件编译。

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 四、文件包含

1.头文件被包含的方式

本地文件包含方式

#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。
警告：如果找不到就提示编译错误。
Linux环境的标准头文件的路径：

/usr/include

VS环境的标准头文件的路径：

C:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio 12.0\VC\include

注意：需要按照自己的安装路径去找。

库文件包含方式

#include <filename.h>

查找策略：查找头文件直接去标准路径下去查找。

警告：如果找不到就提示编译错误。
这样是不是可以说，对于库文件也可以使用 " " 的形式包含？

答案是肯定的，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。

2.嵌套文件包含

如果出现这样的场景：
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  • comm.h和comm.c是公共模块。
  • test1.h和test1.c使用了公共模块。
  • test2.h和test2.c使用了公共模块。
  • test.h和test.c使用了test1模块和test2模块。
  • 这样最终程序中就会出现两份comm.h的内容。这样就造成了文件内容的重复。

举例：

test.h文件

// 声明一个函数
int Add(int x, int y);

test.c文件

// 包含6次相同的头文件
#include "test.h"
#include "test.h"
#include "test.h"
#include "test.h"
#include "test.h"
#include "test.h"

int main()
{
	return 0;
}

查看编译后得到的test.i文件。

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 我们发现我们包含的头文件被展开了6次。

那么如何解决这个问题？

答案：条件编译。

方法1：每个头文件的开头写：

#ifndef __TEST_H__ 
#define __TEST_H__
//头文件的内容
#endif //__TEST_H__

举例：

test.h文件

#ifndef __TEST.H__ // 第一次进入这个头文件的时候，__TEST.H__没有被定义（__TEST.H__可以随意写，一般是根据头文件的来命名的）
#define __TEST.H__ // 那么第一次就定义__TEST.H__ ，然后下面内容将被编译
// 第二次再进入这个头文件的时候，这时__TEST.H__已经被定义了，那么下面的内容也就不会再被编译了。test.c文件展开的test.h文件也就没有任何内容了

// 声明一个函数
int Add(int x, int y);

#endif

这时编译后得到的test.i文件就只展开了一次test.h文件。

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方法2：每个头文件的开头写：

#pragma once

举例：

test.h文件

#pragma once

// 声明一个函数
int Add(int x, int y);

总结：用以上两种方法就可以避免头文件的重复引入。 

注：这里推荐大家可以看看《高质量C/C++编程指南》这本书，其中附录的考试试卷（很重要）

其中有两道笔试题：

细心的小伙伴会发现，下面这两道题我们在上面是讲到过的。

1. 头文件中的 ifndef/define/endif是干什么用的?
2. #include <filename.h> 和 #include "filename.h"有什么区别?

总结

还是那句话，虽然本文章读完不能让大家代码写得飞起，但是预处理这个过程是十分重要的，其中的很多指令也是经常被考到，只有了解了这个，你学编程才会更加的容易。当然我在这里只为大家讲了所有预处理指令里面十分重要的一些指令，如果大家还想深入的了解更多预处理指令，推荐大家可以去看看《C语言深度解剖》这本书。如果大家有什么解决不了的问题，欢迎大家评论区留言或者私信告诉我。如果感觉对自己有用的话，可以点个赞或关注鼓励一下博主，我会越做越好的，感谢各位的支持。

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