C语言初学者入门讲座 第十五讲 预处理 　　概述 　　在前面各章中，已多次使用过以“#”号开头的预处理命令。如包含命令# include，宏定义命令# define等。在源程序中这些命令都放在函数之外， 而且一般都放在源文件的前面，它们称为预处理部分。 　　所谓预处理是指在进行编译的第一遍扫描(词法扫描和语法分析)之前所作的工作。预处理是C语言的一个重要功能， 它由预处理程序负责完成。当对一个源文件进行编译时， 系统将自动引用预处理程序对源程序中的预处理部分作处理， 处理完毕自动进入对源程序的编译。 　　C语言提供了多种预处理功能，如宏定义、文件包含、 条件编译等。合理地使用预处理功能编写的程序便于阅读、修改、 移植和调试，也有利于模块化程序设计。本章介绍常用的几种预处理功能。 　　宏定义 　　在C语言源程序中允许用一个标识符来表示一个字符串， 称为“宏”。被定义为“宏”的标识符称为“宏名”。在编译预处理时，对程序中所有出现的“宏名”，都用宏定义中的字符串去代换， 这称为“宏代换”或“宏展开”。 　　宏定义是由源程序中的宏定义命令完成的。 宏代换是由预处理程序自动完成的。在C语言中，“宏”分为有参数和无参数两种。 下面分别讨论这两种“宏”的定义和调用。 　　无参宏定义 　　无参宏的宏名后不带参数。其定义的一般形式为： #define 标识符 字符串其中的“#”表示这是一条预处理命令。凡是以“#”开头的均为预处理命令。“define”为宏定义命令。 “标识符”为所定义的宏名。“字符串”可以是常数、表达式、格式串等。在前面介绍过的符号常量的定义就是一种无参宏定义。此外，常对程序中反复使用的表达式进行宏定义。例如： # define M (y*y+3*y) 定义M表达式(y*y+3*y)。在编写源程序时，所有的(y*y+3*y)都可由M代替，而对源程序作编译时，将先由预处理程序进行宏代换，即用 (y*y+3*y)表达式去置换所有的宏名M，然后再进行编译。 #define M (y*y+3*y) main(){ 　int s,y; 　printf("input a number: "); 　scanf("%d",&y); 　s=3*M+4*M+5*M; 　printf("s=%d/n",s); } 　　上例程序中首先进行宏定义，定义M表达式(y*y+3*y),在s= 3*M+4*M+5* M中作了宏调用。在预处理时经宏展开后该语句变为：s=3*(y*y+3*y)+4(y*y+3*y)+5(y*y+3*y);但要注意的是，在宏定义中表达式(y*y+3*y)两边的括号不能少。否则会发生错误。 　　当作以下定义后： #difine M y*y+3*y在宏展开时将得到下述语句： s=3*y*y+3*y+4*y*y+3*y+5*y*y+3*y；这相当于； 3y2+3y+4y2+3y+5y2+3y；显然与原题意要求不符。计算结果当然是错误的。因此在作宏定义时必须十分注意。应保证在宏代换之后不发生错误。对于宏定义还要说明以下几点： 　　1. 宏定义是用宏名来表示一个字符串，在宏展开时又以该字符串取代宏名，这只是一种简单的代换，字符串中可以含任何字符，可以是常数，也可以是表达式，预处理程序对它不作任何检查。如有错误，只能在编译已被宏展开后的源程序时发现。 　　2. 宏定义不是说明或语句，在行末不必加分号，如加上分号则连分号也一起置换。 　　3. 宏定义必须写在函数之外，其作用域为宏定义命令起到源程序结 束。如要终止其作用域可使用# undef命令，例如： # define PI 3.14159 main() { …… } 　　# undef PIPI的作用域 　　f1() 　　....表示PI只在main函数中有效，在f1中无效。 　　4. 宏名在源程序中若用引号括起来，则预处理程序不对其作宏代换。 #define OK 100 main() { 　printf("OK"); 　printf("/n"); } 　　上例中定义宏名OK表示100，但在printf语句中OK被引号括起来，因此不作宏代换。程序的运行结果为：OK这表示把“OK”当字符串处理。 　　5. 宏定义允许嵌套，在宏定义的字符串中可以使用已经定义的宏名。在宏展开时由预处理程序层层代换。例如： #define PI 3.1415926 #define S PI*y*y /* PI是已定义的宏名*/对语句： printf("%f",s); 　　在宏代换后变为： printf("%f",3.1415926*y*y); 　　6. 习惯上宏名用大写字母表示，以便于与变量区别。但也允许用小写字母。 　　7. 可用宏定义表示数据类型，使书写方便。例如： #define STU struct stu在程序中可用STU作变量说明： STU body[5],*p;#define INTEGER int 　　 　　在程序中即可用INTEGER作整型变量说明： INTEGER a,b; 应注意用宏定义表示数据类型和用typedef定义数据说明符的区别。宏定义只是简单的字符串代换，是在预处理完成的，而typedef是在编译时处理的，它不是作简单的代换， 而是对类型说明符重新命名。被命名的标识符具有类型定义说明的功能。请看下面的例子： #define PIN1 int*　typedef (int*) PIN2;从形式上看这两者相似，但在实际使用中却不相同。下面用PIN1，PIN2说明变量时就可以看出它们的区别： PIN1 a,b;在宏代换后变成 int *a,b;表示a是指向整型的指针变量，而b是整型变量。然而：PIN2 a,b;表示a,b都是指向整型的指针变量。因为PIN2是一个类型说明符。由这个例子可见，宏定义虽然也可表示数据类型，但毕竟是作字符代换。在使用时要分外小心，以避出错。 　　8. 对“输出格式”作宏定义，可以减少书写麻烦。例9.3 中就采用了这种方法。 #define P printf #define D "%d/n" #define F "%f/n" main(){ int a=5, c=8, e=11; float b=3.8, d=9.7, f=21.08; P(D F,a,b); P(D F,c,d); P(D F,e,f); } 　　带参宏定义 　　C语言允许宏带有参数。在宏定义中的参数称为形式参数， 在宏调用中的参数称为实际参数。对带参数的宏，在调用中，不仅要宏展开， 而且要用实参去代换形参。 　　带参宏定义的一般形式为： #define 宏名(形参表) 字符串 在字符串中含有各个形参。带参宏调用的一般形式为： 宏名(实参表)； 例如： #define M(y) y*y+3*y /*宏定义*/ : k=M(5); /*宏调用*/ : 在宏调用时，用实参5去代替形参y， 经预处理宏展开后的语句 为： k=5*5+3*5 #define MAX(a,b) (a>b)?a:b main(){ int x,y,max; printf("input two numbers: "); scanf("%d%d",&x,&y); max=MAX(x,y); printf("max=%d/n",max); } 　　上例程序的第一行进行带参宏定义，用宏名MAX表示条件表达式(a>b)?a:b，形参a,b均出现在条件表达式中。程序第七行max=MAX(x, y)为宏调用，实参x,y，将代换形参a,b。宏展开后该语句为： max=(x>y)?x:y;用于计算x,y中的大数。对于带参的宏定义有以下问题需要说明： 　　1. 带参宏定义中，宏名和形参表之间不能有空格出现。 　　例如把： #define MAX(a,b) (a>b)?a:b写为： #define MAX (a,b) (a>b)?a:b 将被认为是无参宏定义，宏名MAX代表字符串 (a,b)(a>b)?a:b。 　　宏展开时，宏调用语句： max=MAX(x,y);将变为： max=(a,b)(a>b)?a:b(x,y);这显然是错误的。 　　2. 在带参宏定义中，形式参数不分配内存单元，因此不必作类型定义。而宏调用中的实参有具体的值。要用它们去代换形参，因此必须作类型说明。这是与函数中的情况不同的。在函数中，形参和实参是两个不同的量，各有自己的作用域，调用时要把实参值赋予形参，进行“值传递”。而在带参宏中，只是符号代换，不存在值传递的问题。 　　3. 在宏定义中的形参是标识符，而宏调用中的实参可以是表达式。 #define SQ(y) (y)*(y) main(){ int a,sq; printf("input a number: "); scanf("%d",&a); sq=SQ(a+1); printf("sq=%d/n",sq); } 　　上例中第一行为宏定义，形参为y。程序第七行宏调用中实参为a+1，是一个表达式，在宏展开时，用a+1代换y，再用(y)*(y) 代换SQ，得到如下语句： sq=(a+1)*(a+1); 这与函数的调用是不同的， 函数调用时要把实参表达式的值求出来再赋予形参。而宏代换中对实参表达式不作计算直接地照原样代换。 　　4. 在宏定义中，字符串内的形参通常要用括号括起来以避免出错。 在上例中的宏定义中(y)*(y)表达式的y都用括号括起来，因此结果是正确的。如果去掉括号，把程序改为以下形式： #define SQ(y) y*y main(){ int a,sq; printf("input a number: "); scanf("%d",&a); sq=SQ(a+1); printf("sq=%d/n",sq); } 　　运行结果为：input a number:3 　　sq=7 同样输入3，但结果却是不一样的。问题在哪里呢? 这是由于代换只作符号代换而不作其它处理而造成的。 宏代换后将得到以下语句： sq=a+1*a+1; 由于a为3故sq的值为7。这显然与题意相违，因此参数两边的括号是不能少的。即使在参数两边加括号还是不够的，请看下面程序： #define SQ(y) (y)*(y) main(){ int a,sq; printf("input a number: "); scanf("%d",&a); sq=160/SQ(a+1); printf("sq=%d/n",sq); } 　　本程序与前例相比，只把宏调用语句改为： sq=160/SQ(a+1); 运行本程序如输入值仍为3时，希望结果为10。但实际运行的结果如下：input a number:3　sq=160为什么会得这样的结果呢?分析宏调用语句，在宏代换之后变为： sq=160/(a+1)*(a+1);a为3时，由于“/”和“*”运算符优先级和结合性相同，则先作160/(3+1)得40，再作40*(3+1)最后得160。为了得到正确答案应在宏定义中的整个字符串外加括号， 程序修改如下 #define SQ(y) ((y)*(y)) main(){ 　int a,sq; 　printf("input a number: "); 　scanf("%d",&a); 　sq=160/SQ(a+1); 　printf("sq=%d/n",sq); } 　　以上讨论说明，对于宏定义不仅应在参数两侧加括号， 也应在整个字符串外加括号。 　　5. 带参的宏和带参函数很相似，但有本质上的不同，除上面已谈到的各点外，把同一表达式用函数处理与用宏处理两者的结果有可能是不同的。 main(){ int i=1; while(iname="Zhang ping"; 　ps->sex='M'; 　ps->score=62.5; 　#ifdef NUM 　　printf("Number=%d/nScore=%f/n",ps->num,ps->score); 　#else 　　printf("Name=%s/nSex=%c/n",ps->name,ps->sex); 　#endif 　free(ps); } 　　由于在程序的第16行插入了条件编译预处理命令，因此要根据NUM是否被定义过来决定编译那一个printf语句。而在程序的第一行已对NUM作过宏定义，因此应对第一个printf语句作编译故运行结果是输出了学号和成绩。在程序的第一行宏定义中，定义NUM表示字符串OK，其实也可以为任何字符串，甚至不给出任何字符串，写为： #define NUM 也具有同样的意义。 只有取消程序的第一行才会去编译第二个printf语句。读者可上机试作。 　　2. 第二种形式： #ifndef 标识符 程序段1 #else 程序段2 #endif 　　与第一种形式的区别是将“ifdef”改为“ifndef”。它的功能是，如果标识符未被#define命令定义过则对程序段1进行编译， 否则对程序段2进行编译。这与第一种形式的功能正相反。 　　3. 第三种形式： #if 常量表达式 程序段1 #else 程序段2 #endif 　　它的功能是，如常量表达式的值为真(非0)，则对程序段1 进行编译，否则对程序段2进行编译。因此可以使程序在不同条件下，完成不同的功能 #define R 1 main(){ 　float c,r,s; 　printf ("input a number: "); 　scanf("%f",&c); 　#if R 　　r=3.14159*c*c; 　　printf("area of round is: %f/n",r); 　#else 　　s=c*c; 　　printf("area of square is: %f/n",s); 　#endif } 　　本例中采用了第三种形式的条件编译。在程序第一行宏定义中，定义R为1，因此在条件编译时，常量表达式的值为真，故计算并输出圆面积。上面介绍的条件编译当然也可以用条件语句来实现。但是用条件语句将会对整个源程序进行编译，生成的目标代码程序很长，而采用条件编译，则根据条件只编译其中的程序段1或程序段2，生成的目标程序较短。如果条件选择的程序段很长， 采用条件编译的方法是十分必要的。

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