C预处理器和C库--1

Posted 2021-01-19 bobliao

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• 预处理符号
  • 明显常量 #define

编译程序之前，先由预处理器检查程序（因此称为预处理器）。根据程序中使用的预处理器指令，预处理用符号缩略语所代表的内容替换程序中的缩略语。
预处理器可以根据你的请求包含其他文件，还可以让编译器处理哪些代码。预处理器不能理解C，它一般是接受一些文本并将其转换成其他文本。-- (C Primer Plus中文第五版)

graph TD;
写好的C文件 --> 编译器翻译,为预处理做准备
编译器翻译,为预处理做准备 --> 预处理器寻找肯能存在的预处理指令,开始预处理

预处理符号

明显常量 #define

#define定义的作用域从定义出现的位置开始直到文件的结尾。每个#define行由三部分组成：

• 指令自身 #define
• 缩略语，即宏(macro)
  宏的名字中不允许有空格，必须遵循C变量名规则
• 替换列表或者主体(body)

预处理器在程序中发现了宏的实例后，总会用实体代替该宏。从宏变成最终的替换文本的过程称为宏展开(macro expansion)。
宏可以分两种：

• 类对象宏 object-like macro
  宏用来代表值
• 类函数宏 function-like macro
  外形和作用都与函数相似

#define TWO 2;
#define PX printf("X is: %d
",x)
#define FMT "X+1 is: %d
"


int main() {
    int x =TWO;
    PX;
    printf(FMT,x+1);
}

输出：

X is: 2
X+1 is: 3

上面的程序其实被预处理器改成了：

int x = 2;
printf("X is: %d
",x);
printf("X+1 is: %d
",x+1);
//先变成int y = TWO * TWO;
int y = 2*2;
printf("y is: %d
",y);

注意，宏展开过程中，是进行替换，并不进行计算。C编译器在编译时对所有常量表达式（只包含常量的表达式）求值，所以实际相乘过程发生在编译阶段，而不是预处理阶段。预处理器不进行计算，它只是按照指令进行文字替换操作。
宏展开过程中，会用宏的等价（即body）来替换文本，如果宏的body本身还含有宏的话，会继续展开这些宏。但是，双引号中的与宏缩略语一样的字符串无法被替换。

重定义常量

假设一个缩略语被定义后又在同文件中被定义，这样被称为重定义(redefinng a constant)。有的编译器会对这样提出警告，但允许重定义存在，有的则直接报错。

#define SIX 3 * 3
#define SIX 3   *   3
//上面这样的重定义会被编译器认为是重复定义，是相同的

#define SIX 3*3
//这样的重定义与上面两种是不同的

在#define中使用参数

类函数宏的定义中，用圆括号阔气一个或多个参数，随后这些参数出现在替换部分。

#define SQUARE(X) X*X
//一个参数X

//使用
int y = SQUARE(2);

宏调用和函数调用存在着区别：
程序运行时，函数调用把参数的值传递给函数，而编译前，宏调用把参数的语言符号传递给程序，仅仅是替换字符，而不计算。

#define  SQUARE(X) X*X
int main() {
    int x = 2;
    int y = SQUARE(x);
    printf("SQUARE(x) is: %d
",y);
    printf("SQUARE(x+2) is: %d
",SQUARE(x+2));
}

输出：

SQUARE(x) is: 4
SQUARE(x+2) is: 8

按理说square(2+2)应该是16啊，怎么会是8呢？原来像刚才上面说的，预处理只是替换，因此SQUARE(x+2)中的X被x+2替换，最后成了x+2*x+2。*优先级高，，因此程序运行时先计算2*x，再加上x和2，也就成了8。要想实现平方的效果，需要重新定义：

#define SQUARE(X) ((X)*(X))

即使这样定义，还是无法避免自增、自减情况下的错误:

int x = 3;
int a = SQUARE(++x);

这里替换成++x字符后，进行了两次增量运算，最后结果肯定不是平方了。因此，在宏中不要使用增量或减量运算符。而且一定要充分的使用圆括号来保证正确的运算顺序。

在类函数宏中使用#运算符

上面说了在引号表示的字符串无法替换掉宏参数，，但是使用#预处理运算符，可以把传入的参量转化为文本替换到字符串里。

#define SQUARE(X) (X)*(X)

#define PF(X) printf("The square of " #X " is : %d
",SQUARE(X))
int main() {
    int x = 10;
    PF(x);
    PF(2+4);
}

输出：

The square of x is : 100
The square of 2+4 is : 36

在宏中使用##运算符

##运算符把两个语言符号组合成单个语言符号：

#define XVAR(X) x ## X

int XVAR(2) = 11;//声明了一个标识符为x2的变量

可变宏：...和__VA_ARGS__

宏定义中参数列表的最后一个参数为省略号，预定义宏__VA_ARGS_就可以被用在替换部分，以代表省略号省略了什么。

#define PF(X,...) printf("Result " #X " : " __VA_ARGS__)

int main() {
    PF(1,"%d
",10);
    PF(2,"%d's power is %d
",4,16);
}

输出：

Result 1 : 10
Result 2 : 4's power is 16

省略号只能代替最后的宏参数。

#define WRONG(X, ... ,Y) #X #__VA_ARGS__ #Y)//错误

这里有个有趣的现象：一般想要打印字符串，字符串都得用双引号括起来，这里不用：

#define STRING(... ) #__VA_ARGS__

int main() {
    printf(STRING(abcdefg));
}

输出：

abcdefg