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C语言的预处理和条件编译指令

2017-06-14 14:33 281 查看

C语言的预处理和条件编译指令



图片来源-百度图片

预处理简介

C语言由源代码生成的各阶段如下：

C源程序－>编译预处理－>编译－>优化程序－>汇编程序－>链接程序－>可执行文件

其中 编译预处理阶段，读取c源程序，对其中的伪指令（以
#
开头的指令）和特殊符号进行处理。或者说是扫描源代码，对其进行初步的转换，产生新的源代码提供给编译器。预处理过程先于编译器对源代码进行处理。

​ 在C 语言中，并没有任何内在的机制来完成如下一些功能：在编译时包含其他源文件、定义宏、根据条件决定编译时是否包含某些代码。要完成这些工作，就需要使用预处理程序。尽管在目前绝大多数编译器都包含了预处理程序，但通常认为它们是独立于编译器的。预处理过程读入源代码，检查包含预处理指令的语句和宏定义，并 对源代码进行响应的转换。预处理过程还会删除程序中的注释和多余的空白字符。

伪指令（或预处理指令）定义：

​ 预处理指令是以#号开头的代码行。
#
号必须是该行除了任何空白字符外的第一个字符。
#
后是指令关键字，在关键字和
#
号之间允许存在任意个数的空白字符。整行语句构成了一条预处理指令，该指令将在编译器进行编译之前对源代码做某些转换。下面是部分预处理指令：

指令                      用途

#                  空指令，无任何效果

#include           包含一个源代码文件

#define            定义宏

#undef              取消已定义的宏

#if                 如果给定条件为真，则编译下面代码

#ifdef             如果宏已经定义，则编译下面代码

#ifndef            如果宏没有定义，则编译下面代码

#elif             如果前面的#if给定条件不为真，当前条件为真，

则编译下面 代码，其实就是else if的简写

#endif            结束一个#if……#else条件编译块

#error            停止编译并显示错误信息


预处理指令

预处理指令主要包括以下四个方面：

宏定义指令。前面博客已经介绍–《C语言的宏之明示常量 》，《C语言的宏之带参数宏 》

条件编译指令。

头文件包含指令。前面博客已经介绍–《C语言的头文件详解 》

特殊符号（即预定义宏）。

条件编译指令

程序员可以通过定义不同的宏来决定编译程序对哪些代码进行处理。条件编译指令将决定那些代码被编译，而哪些是不被编译的。可以根据表达式的值或者某个特定的宏是否被定义来确定编译条件。下面介绍常用的条件编译指令。

#ifdef、#else
和
#endif
指令

示例：

#ifdef MAVIS

#include "horse.h" //如果已经用#define定义了MAVIS，则执行下面的指令
#define STABLES 5

#else

#include "cow.h"    //如果没有用#define定义MAVIS，则执行下面的指令

#define STABLES 15

#endif


上面的缩进格式只有侥幸的编译器和ANSI标准才支持，太旧的编译器，必须左对齐所有的指令或至少左对齐
#
号。

#ifdef
指令说明，如果预处理器已经定义了后面的标识符（MAVIS），则则行
#else
或
#endif
指令之前所有指令并编译所有C代码。如果预处理器未定义MAVIS，且有
#else
指令，则执行
#else
和
#endif
指令之间的所有代码。

#ifndef
指令 

#ifndef
指令与
ifdef
指令用法类似，也可以和
#else、#endif
一起使用，但是他们的逻辑相反。
#ifndef
指令判断后面的标识符是否未定义，常用于定义之前未定义的常量。通常，包含多个头文件时，其中的头文件可能包含了相同的宏定义，#ifndef指令可以防止相同的宏被重复定义。在首次定义一个宏的头文件中用
#ifndef
指令激活定义，随后的其他头文件中的定义都被忽略。如下示例：

/*arrays.h*/

#ifndef SIZE 100

#define SIZE 100

#endif


#ifndef
指令还有另一种用法。假设有上面的arrays.h头文件，然后把下面一行代码放入一个头文件中：

#include "arrays.h"


SIZE被定义为100。但是如果把下面的代码放入该头文件:

#define SIZE 10

#include "arrays.h"


因为Size已经被设置为10，因此会调过arrays.h中的
#define SIZE 100
这行diamante，防止重复宏定义。#ifndef指令通常用于防止多次包含一个文件。因此应该像下面这样设置头文件：

/*things.h*/

#ifndef THING_H_

#define THINGS_H_

/*省略了头文件中其他内容*/

#endif


假设该文件被包含了多次，当预处理器首次发现该文件被包含时，
THINGS_H_
是未定义的，所以定义了
THINGS_H_
，并接着处理该文件的其他部分。当预处理器第二次发现该文件被包含时，
THINGS_H_
是已定义的，所哟预处理器调过了该文件的其他部分。

如何确保待测试表示符没有在别处定义？实现的供应商这样做：用文件名作为标识符、使用大写字符、下划线代替文件名中的点字符、用下划线字符做前缀或后缀。例如stdio.h头文件，有许多类似的代码：

#ifndef _STDIO_H

#define _STDIO_H

//省略了文件的内容

#endif


我们也可以这样做，但是由于标准中使用了下划线作为前缀，因此，我们自己的代码汇总不要这样写，避免与标准头文件中的宏发生冲突。应该像下面是一个示例那样写：

// names.h --避免重复包含的头文件写法

#ifndef NAMES_H_

#define NAMES_H_

// constants

#define SLEN 32

// structure declarations
struct names_st
{
char first[SLEN];
char last[SLEN];
};

// typedefs
typedef struct names_st names;

// function prototypes
void get_names(names *);
void show_names(const names *);
char * s_gets(char * st, int n);

#endif


#if
和
#elif
指令

#if
指令检测跟在制造另关键字后的常量表达式。如果表达式为真，则编译后面的代码，知道出现
#else、#elif
或
#endif
为止；否则就不编译。
#endif
用于终止
#if
预处理指令。

示例：

#if SYS ==1

#include "ibmpc.h"

#elif SYS ==2

#include "vax.h"

#elif SYS ==3

#include "mac.h"

#else

#include "general.h"

#endif


还有一种写法。define是一个预处理运算符，如果它的参数是用#define定义过，则返回1；否则返回0。这样它可以与
#elif
一起使用。因此上面的代码还可以写成下面的形式：

#if define (IBMPC)

#include "ibmpc.h"

#elif define (VAX)

#include "vax.h"

#elif define (MAC)

#include "mac.h"

#else

#include "general.h"

#endif


如果在VAX机上运行着几行代码，那么应该在文件前面用下面的代码定义VAX:

#define VAX


条件编译还有一个好处是让程序更容易移植，改变文件开头的几个关键定义，即可根据不同的系统设置不同的值和包含不同的文件。

预定义宏

预编译程序可以识别一些特殊的符号。预编译程序对于在源程序中出现的这些串将用合适的值进行替换。C标准规定了一些预定义宏，如下表所示：

表1 预定义宏

宏含义
__DATE__
预处理的日期（”Mmm dd yyyy”形式的字符串字面量，如Nov 23 2013）
__FILE__
表示当前源代码文件名的字符串字面量
__LINE__
表示当前源代码文件中行号的整型常量
__STDC__
设置为1时，表明实现遵循C标准
STDC_HOSTED
本机环境设置为1；否则设置为0
__STDC_VERSION__
支持C99标准，设置为199901L；支持C11设置为201112L
__TIME__
翻译代码的时间，格式为”hh:mm:ss”
其中一些预定义宏时C99新增的，如果使用GCC编译器，必须设置-std=c99或-std=c11。

示例：

// predef.c -- predefined identifiers
#include <stdio.h>
void why_me();

int main()
{
printf("The file is %s.\n", __FILE__);
printf("The date is %s.\n", __DATE__);
printf("The time is %s.\n", __TIME__);
printf("The version is %ld.\n", __STDC_VERSION__);
printf("This is line %d.\n", __LINE__);
printf("This function is %s\n", __func__);
why_me();

return 0;
}

void why_me()
{
printf("This function is %s\n", __func__);
printf("This is line %d.\n", __LINE__);
}


该程序的输出如下：

The file is predef.c.
The date is Jun 14 2017.
The time is 14:06:55.
The version is 199901.
This is line 11.
This function is main
This function is why_me
This is line 21.


#line和#error
指令

#line
指令重置
__LINE__
和
__FILE__
宏报告的行号和文件名。可以这样使用
#line
:

#line 1000    //把当前行号重置为1000
#line 10 "cool.c"  //把行号重置为10，把文件名重置为cool.c


#error
指令让预处理器发出一条错误信息，该信息包含指令中的文本。如果可能的话，编译过程应该中断。可以这样使用
#error
指令：

#if __STDC_VERSION_!=201112L
#error Not C11

#endif


编译以上代码后，输出如下：

$ gcc newish.c
newish.c:14:2: error: #error Not C11
$ gcc -std=c11 newish.c
$


如果编译器支持旧版标准，则会编译失败，如果支持C11标准，就能成功编译。

参考资料：

[1] 史蒂芬・普拉达. C Primer Plus (第6版) 中文版[M]. 人民邮电出版社, 2016.

[2] C语言条件编译及编译预处理阶段.–来源
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标签：  c语言 预处理 条件编译指令 重复定义 包含头文件
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