C Препроцессор

Препроцессор C (CPP)— это независимая фаза процесса компиляции, на которойперед фактической компиляциейвыполняется текстовая обработка исходного кода. Основные возможности включают:

• Раскрытие макросов
• Включение файлов
• Условная компиляция
• Обработка специальных директив

Препроцессор CОн не является компонентом компилятора, а представляет собой отдельный этап процесса компиляции.

Короче говоря, препроцессор C — не что иное, как инструмент текстовой замены, который указывает компилятору выполнить необходимую предварительную обработку перед фактической компиляцией.

Мы будем сокращённо обозначать препроцессор C как CPP.

Все команды препроцессора начинаются с символа решётки#в начале. Он должен быть первым непробельным символом. Для удобочитаемости директивы препроцессора должны начинаться с первого столбца.

Все важные директивы препроцессора перечислены ниже:

Примеры препроцессора

Проанализируйте следующие примеры, чтобы понять различные директивы.

#define MAX_ARRAY_LENGTH 20

Эта директива указывает CPP определить MAX_ARRAY_LENGTH как 20. Используйте#defineдля определения констант, чтобы улучшить читаемость.

#include <stdio.h>
#include "myheader.h"

Эти директивы сообщают CPP, чтобыСистемная библиотекавзять stdio.h из неё и добавить текст в текущий исходный файл. Следующая строка сообщает CPP, чтобы взять его из локального каталогаmyheader.h, и добавить содержимое в текущий исходный файл.

#undef  FILE_SIZE
#define FILE_SIZE 42

Эта директива сообщает CPP, что нужно снять определение с уже определённого FILE_SIZE и определить его как 42.

#ifndef MESSAGE
   #define MESSAGE "You wish!"
#endif

Эта директива сообщает CPP, что нужно определить MESSAGE только если MESSAGE не определён.

#ifdef DEBUG
   /* Your debugging statements here */
#endif

Эта директива сообщает CPP, что нужно выполнить обрабатывающие операторы, если DEBUG определён. Во время компиляции, если вы передадите ключ компилятору gcc,-DDEBUGэта директива очень полезна. Она определяет DEBUG, и вы можете включать или отключать отладку в любое время во время компиляции.

Рекомендации по лучшим практикам

1. Именование макросов：

   • Используйте все заглавные буквы и символы подчёркивания для именования макросов
   • Пример:#define MAX_SIZE 100

2. Замечания о макросах, подобных функциям：

   • Каждый параметр и всё выражение должны быть заключены в круглые скобки.
   • Избегайте использования аргументов с побочными эффектами (например,SQUARE(x++)）

3. Защита заголовочных файлов：

   #ifndef MY_HEADER_H
   #define MY_HEADER_H
   /* 头文件内容 */
   #endif

4. Отладка с помощью условной компиляции：

   #ifdef DEBUG
   #define DEBUG_PRINT(fmt, ...) printf(fmt, ##__VA_ARGS__)
   #else
   #define DEBUG_PRINT(fmt, ...)
   #endif
   

5. Кроссплатформенная разработка：

   #if defined(_WIN32)
   // Windows特定代码
   #elif defined(__linux__)
   // Linux特定代码
   #elif defined(__APPLE__)
   // macOS特定代码
   #endif
   

Предопределённые макросы

ANSI C определяет множество макросов. Вы можете использовать эти макросы в программировании, но не можете напрямую изменять эти предопределённые макросы.

Давайте попробуем следующий пример:

Когда приведённый выше код (в файлеtest.c) будет скомпилирован и выполнен, он выдаёт следующие результаты:

当前文件: predef_macros.c
编译日期: Jul 5 2023
编译时间: 14:30:45
当前行号: 13
ANSI标准: 1

[调试信息] predef_macros.c (第16行) 编译于 Jul 5 2023 14:30:45

Операторы препроцессора

Препроцессор C предоставляет следующие операторы, помогающие создавать макросы:

Оператор продолжения макроса (\\)

Макрос обычно записывается в одной строке. Но если макрос слишком длинный, чтобы уместиться в одной строке, используйте оператор продолжения строки (\\). Например:

#define  message_for(a, b)  \
    printf(#a " and " #b ": We love you!\n")

Оператор строкизации (#)

В определении макроса, когда нужно преобразовать параметр макроса в строковую константу, используйте оператор строкизации (#). Оператор, используемый в макросе, имеет определенный параметр или список параметров. Например:

Когда приведенный выше код скомпилирован и выполнен, он выдает следующие результаты:

Carole and Debra: We love you!

Оператор склеивания токенов (##)

Оператор склеивания токенов (##) в определении макроса объединяет два параметра. Он позволяет объединить два отдельных токена в определении макроса в один токен. Например:

Когда приведенный выше код скомпилирован и выполнен, он выдает следующие результаты:

token34 = 40

Вот как это происходит, потому что этот пример даст следующий фактический вывод компилятора:

printf ("token34 = %d", token34);

Этот пример демонстрирует, что token##n объединяется в token34; здесь мы использовалиОператор преобразования в строку (#)иОператор склеивания лексем (##)。

Оператор defined()

ПрепроцессорdefinedОператор используется в константных выражениях, чтобы определить, был ли идентификатор уже определён с помощью #define. Если указанный идентификатор определён, значение истинно (не равно нулю). Если указанный идентификатор не определён, значение ложно (равно нулю). Следующий пример демонстрирует использование оператора defined():

Когда приведенный выше код скомпилирован и выполнен, он выдает следующие результаты:

Here is the message: You wish!

Параметризованные макросы

Мощная возможность CPP — это способность использовать параметризованные макросы для имитации функций. Например, следующий код вычисляет квадрат числа:

int square(int x) {
   return x * x;
}

Мы можем переписать приведённый выше код, используя макрос, следующим образом:

#define square(x) ((x) * (x))

Прежде чем использовать макрос с параметрами, необходимо использовать#defineдирективу, чтобы определить его. Список параметров заключается в круглые скобки и должен сразу следовать за именем макроса. Между именем макроса и левой круглой скобкой не допускается пробелов. Например:

Когда приведенный выше код скомпилирован и выполнен, он выдает следующие результаты:

Max between 20 and 10 is 20