当你敲完Hello World后的第一步——C

Posted 2022-05-09 _奇奇

“江山如画，一时多少豪杰——时二二年五月六日”

这里是目录

• 前言
• 一、#define指令
• • 1.#define定义宏
  • 2.#define 替换 宏
  • 3.带副作用的宏参数
  • 4.#undef撤销宏定义
  • 5.宏和函数对比(重点)
• 二、条件编译指令
• • 1.单分支
  • 2.多分支条件编译
  • 3.判断某个符号是否被定义
  • 4.嵌套指令
• 三、#include指令
• • 1.本地文件包含
  • 2.库文件包含
  • 3.嵌套文件包含

前言

了解敲完hello world后，编译器是怎么处理代码的第一步的呢，这是学习C和C++的基础。
Hello World代码如下。放错了，重来。

代码如下

当你敲完Hello World这串代码时。编译器会对这些代码进行编译 和 链接的操作。

而 编译: 又分为 预处理、编译、汇编。
所以说 当你敲完C代码后的第一步，编译器会对C代码进行预处理.

那么预处理主要做了那些事情呢？

预处理大致做了以下事情：
1.定义和替换由 #define指令定义的符号
2.删除注释
3.确定代码部分内容是否应该根据一些 条件编译指令 进行编译
4.插入被 #include指令包含的内容

所以本章详解预处理指令 #define、#include、条件编译指令。

一、#define指令

1.#define定义宏

什么是宏？
宏的定义：#define 允许把参数替换到文本中，这种实现通常称为宏或定义宏

宏的声明格式：

#define NAME stuff

解释：没当有符号name出现在#define NAME stuff这条语句后面时，预处理器就会把它替换为 stuff。
NAME:
1.NAME是宏的名字。在这里 name 相当于变量，或者也可以相当于函数。但不等于函数！
2.一般NAME都是大写，因为宏和函数语法很相似，语言本身我们无法区分，所以宏名要全部大写
stuff：可以是常量。可以是表达式。也可以是一段程序。

例如：
以下代码在预处理后是什么样子呢？

//定义声明宏
//定义中我们使用了括号，这是一个好习惯，避免优先级的错误
#define SQUARE(x)  (x)*(x)
int main()

	printf("%d ", SQUARE(5));
	return 0;

预处理后的代码，以下你看到的代码是编译器实实在在的处后的代码。

#define SQUARE(x)  (x)*(x)
int main()

	//将SQUARE(5)替换为(5)*(5)
	printf("%d ", (5)*(5));
	return 0;

你是否还对#define 替换迷惑？请继续往下看

2.#define 替换 宏

到底上面的代码是怎么替换的 宏？
1.再调用宏时，首先对参数检查，看是否包含了#define定义的符号，比如SQUARE(5)，然后将它的x * x替换为5 * 5.
2.对于宏，参数名被他们的值所替代。
3.最后，再次对文本扫描，看是否包含了热任何由#define定义的符号。如果是，就重复上述处理过程。

为什么会有第3步的重复呢？
因为有时候#define定义可以包含其他#define定义的符号。但是宏不可以递归！

3.带副作用的宏参数

什么是带副作用的宏参数？
副作用：就是表达式求值的时候出现的永久性效果。

例如：

x+1;//不带副作用
x++;//带有副作用

下面代码输出结果是什么？

#include <stdio.h>
#define ADD(a, b) (a)+(b)
int main()

	int x = 2; 
	int y = 3; 

	int z = ADD(x++, y++);
	//输出的结果是什么？
	//x=3 y=4 z=5
	printf("x=%d y=%d z=%d\\n", x, y, z);
	return 0;

因为被替换的代码是int z = ADD(x++, y++);
替换后为：int z = (x++)+(y++);

这样结果就一目了然。

4.#undef撤销宏定义

#undef：这条指令用于移除一个宏定义
例如：移除MAX这个宏。

5.宏和函数对比(重点)

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	函数代码只出现于一个地方。每次使用函数时，都调用同一个地方的代码
执行速度	更快	存在函数的调用和返回 的格外开销，所以相对慢一些
操作符优先级	宏参数求值需要加上括号，否则容易造成不可以预料的后果	只在函数调用事求值一次，不会带副作用
带有副作用的参数	参数可能被替换到宏的多个位置，有的可能带有副作用	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，可以是任何类型的的参数	函数参数与类型有关，参数类型不同就需要不同的函数，因为C语言没有C++的重载
调试	宏是不可以调试的，因为在程序运行前就已经替换的宏	可以逐语句调试

二、条件编译指令

什么是条件编译？
意思就是我们可以选择性的编译。
条件编译：你可以选择代码的一部分是被正常编译还是完全忽略。用于支持条件编译的基本结构是#if指令和与其匹配的#endif指令。

1.单分支

常量表达式expression，由预处理器求值。
如果expression为真，那么statements将被执行，否则预处理器就安静的删除它们。

#if expression
 statements;
#endif
//常量表达式expression，由预处理器求值。

2.多分支条件编译

同if else语句，为真则执行。

#if expression
 //...
#elif expression
 //...
#else
 //...
#endif

3.判断某个符号是否被定义

为了测试一个符号是否已经被定义。在条件编译中完成这个任务更方便。

以下两条语句功能想通过。

1.#if defined(symbol)

2.#ifdef symbol

4.嵌套指令

某个程序既要在windows系统下能够运行，也需要在Linux系统下运行，这就要条件编译来解决跨平台问题。这时候嵌套指令很容易解决。

#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

三、#include指令

#include在预处理时会被展开。
这种展开的方式很简单：
1.预处理器先删除这条指令，并用**#include**所包含文件的内容替换。
2.这样一个源文件被包含10次，那就实际被编译10次。

1.本地文件包含

#include "Add.h"

查找方法：
1.先在源文件所在目录下查找
2.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。

2.库文件包含

#include <stdio.h>

查找方法：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。

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。

3.嵌套文件包含

有时候会重复包含头文件，以前为了解决这个方法，人们用了条件编译。代码如下
每个头文件的开头写：

例如有个test.h的头文件。用下划线分开头文件。全大写。

#ifndef __TEST_H__
#define __TEST_H__
//这里面写头文件的内容
#endif  

上面这种写法比较古老。
现在一般用这个写法

#pragma once

#pragma once也是是用来防止头文件被包含的。