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預(yù)處理

預(yù)處理

概述

在前面各章中，已多次使用過以“#”號(hào)開頭的預(yù)處理命令。如包含命令# include，宏定義命令# define等。在
源程序中這些命令都放在函數(shù)之外， 而且一般都放在源文件的前面，它們稱為預(yù)處理部分。

所謂預(yù)處理是指在進(jìn)行編譯的第一遍掃描(詞法掃描和語法分析)之前所作的工作。預(yù)處理是Ｃ語言的一個(gè)重要功
能， 它由預(yù)處理程序負(fù)責(zé)完成。當(dāng)對(duì)一個(gè)源文件進(jìn)行編譯時(shí)， 系統(tǒng)將自動(dòng)引用預(yù)處理程序?qū)υ闯绦蛑械念A(yù)處理部分
作處理， 處理完畢自動(dòng)進(jìn)入對(duì)源程序的編譯。

Ｃ語言提供了多種預(yù)處理功能，如宏定義、文件包含、條件編譯等。合理地使用預(yù)處理功能編寫的程序便于閱讀、
修改、 移植和調(diào)試，也有利于模塊化程序設(shè)計(jì)。本章介紹常用的幾種預(yù)處理功能。

宏定義

在Ｃ語言源程序中允許用一個(gè)標(biāo)識(shí)符來表示一個(gè)字符串， 稱為“宏”。被定義為“宏”的標(biāo)識(shí)符稱為“宏名”。
在編譯預(yù)處理時(shí)，對(duì)程序中所有出現(xiàn)的“宏名”，都用宏定義中的字符串去代換， 這稱為“宏代換”或“宏展開”。

宏定義是由源程序中的宏定義命令完成的。 宏代換是由預(yù)處理程序自動(dòng)完成的。在Ｃ語言中，“宏”分為有參數(shù)
和無參數(shù)兩種。 下面分別討論這兩種“宏”的定義和調(diào)用。

無參宏定義

無參宏的宏名后不帶參數(shù)。其定義的一般形式為： #define 標(biāo)識(shí)符 字符串 其中的“#”表示這是一條預(yù)處理命
令。凡是以“#”開頭的均為預(yù)處理命令�！癲efine”為宏定義命令。 “標(biāo)識(shí)符”為所定義的宏名。“字符串”可以
是常數(shù)、表達(dá)式、格式串等。在前面介紹過的符號(hào)常量的定義就是一種無參宏定義。此外，常對(duì)程序中反復(fù)使用的表
達(dá)式進(jìn)行宏定義。例如： # define M (y*y+3*y) 定義 M表達(dá)式(y*y+3*y)。在編寫源程序時(shí)，所有的(y*y+3*y)都可
由 M代替，而對(duì)源程序作編譯時(shí)，將先由預(yù)處理程序進(jìn)行宏代換，即用(y*y+3*y)表達(dá)式去置換所有的宏名 M，然后再

進(jìn)行編譯。

#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);
}

上例程序中首先進(jìn)行宏定義，定義M表達(dá)式(y*y+3*y),在s= 3*M+4*M+5* M中作了宏調(diào)用。在預(yù)處理時(shí)經(jīng)宏展開
后該語句變?yōu)椋簊=3*(y*y+3*y)+4(y*y+3*y)+5(y*y+3*y);但要注意的是，在宏定義中表達(dá)式(y*y+3*y)兩邊的括號(hào)不能
少。否則會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤。

當(dāng)作以下定義后： #difine M y*y+3*y在宏展開時(shí)將得到下述語句： s=3*y*y+3*y+4*y*y+3*y+5*y*y+3*y；這相
當(dāng)于； 3y　2+3y+4y　2+3y+5y　2+3y；顯然與原題意要求不符。計(jì)算結(jié)果當(dāng)然是錯(cuò)誤的。因此在作宏定義時(shí)必須
十分注意。應(yīng)保證在宏代換之后不發(fā)生錯(cuò)誤。對(duì)于宏定義還要說明以下幾點(diǎn)：

1. 宏定義是用宏名來表示一個(gè)字符串，在宏展開時(shí)又以該字符串取代宏名，這只是一種簡(jiǎn)單的代換，字符串中可以含
任何字符，可以是常數(shù)，也可以是表達(dá)式，預(yù)處理程序?qū)λ�不作任何檢查。如有錯(cuò)誤，只能在編譯已被宏展開后的源
程序時(shí)發(fā)現(xiàn)。
2. 宏定義不是說明或語句，在行末不必加分號(hào)，如加上分號(hào)則連分號(hào)也一起置換。
3. 宏定義必須寫在函數(shù)之外，其作用域?yàn)楹甓�義命令起到源程序結(jié) 束。如要終止其作用域可使用# undef命令，例
如： # define PI 3.14159
main()
{
……
}
# undef PIPI的作用域
f1()

....表示 PI只在main函數(shù)中有效，在 f1中無效。

4. 宏名在源程序中若用引號(hào)括起來，則預(yù)處理程序不對(duì)其作宏代換。
#define OK 100
main()
{
printf("OK");
printf("\n");
}

上例中定義宏名 OK表示100，但在 printf語句中OK被引號(hào)括起來，因此不作宏代換。程序的運(yùn)行結(jié)果為：OK這表示
把“OK”當(dāng)字符串處理。

5. 宏定義允許嵌套，在宏定義的字符串中可以使用已經(jīng)定義的宏名。在宏展開時(shí)由預(yù)處理程序?qū)訉哟鷵Q。例如：
#define PI 3.1415926
#define S PI*y*y /* PI是已定義的宏名*/對(duì)語句： printf("%f",s);在宏代換后變?yōu)椋簆rintf("%f",3.1415926*y*y);
6. 習(xí)慣上宏名用大寫字母表示，以便于與變量區(qū)別。但也允許用小寫字母。
7. 可用宏定義表示數(shù)據(jù)類型，使書寫方便。例如： #define STU struct stu在程序中可用STU作變量說明： STU
body[5],*p;#define INTEGER int 在程序中即可用INTEGER作整型變量說明： INTEGER a,b; 應(yīng)注意用宏定義表示
數(shù)據(jù)類型和用 typedef定義數(shù)據(jù)說明符的區(qū)別。宏定義只是簡(jiǎn)單的字符串代換，是在預(yù)處理完成的，而 typedef是在
編譯時(shí)處理的，它不是作簡(jiǎn)單的代換，而是對(duì)類型說明符重新命名。被命名的標(biāo)識(shí)符具有類型定義說明的功能。請(qǐng)看
下面的例子： #define PIN1 int* typedef (int*) PIN2;從形式上看這兩者相似， 但在實(shí)際使用中卻不相同。下面
用PIN1，PIN2說明變量時(shí)就可以看出它們的區(qū)別： PIN1 a,b;在宏代換后變成 int *a,b;表示 a是指向整型的指針變
量，而b是整型變量。然而：PIN2 a,b;表示a,b都是指向整型的指針變量。因?yàn)镻IN2是一個(gè)類型說明符。由這個(gè)例
子可見，宏定義雖然也可表示數(shù)據(jù)類型， 但畢竟是作字符
代換。在使用時(shí)要分外小心，以避出錯(cuò)。
8. 對(duì)“輸出格式”作宏定義，可以減少書寫麻煩。例9.3 中就采用了這種方法。

#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);
}

帶參宏定義

Ｃ語言允許宏帶有參數(shù)。在宏定義中的參數(shù)稱為形式參數(shù)， 在宏調(diào)用中的參數(shù)稱為實(shí)際參數(shù)。對(duì)帶參數(shù)的宏，在
調(diào)用中，不僅要宏展開， 而且要用實(shí)參去代換形參。

帶參宏定義的一般形式為： #define 宏名(形參表) 字符串 在字符串中含有各個(gè)形參。帶參宏調(diào)用的一般形式為：
宏名(實(shí)參表)；
例如：

#define M(y) y*y+3*y /*宏定義*/
:
k=M(5); /*宏調(diào)用*/
: 在宏調(diào)用時(shí)，用實(shí)參5去代替形參y，經(jīng)預(yù)處理宏展開后的語句
為： 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);
}

上例程序的第一行進(jìn)行帶參宏定義，用宏名 MAX表示條件表達(dá)式(a>b)?a:b，形參a,b均出現(xiàn)在條件表達(dá)式中。程
序第七行 max=MAX(x,

y)為宏調(diào)用，實(shí)參x,y，將代換形參a,b。宏展開后該語句為： max=(x>y)?x:y;用于計(jì)算x,y中的大數(shù)。對(duì)于帶參的
宏定義有以下問題需要說明：
1. 帶參宏定義中，宏名和形參表之間不能有空格出現(xiàn)。
例如把： #define MAX(a,b) (a>b)?a:b寫為： #define MAX (a,b) (a>b)?a:b 將被認(rèn)為是無參宏定義，宏名 MAX代
表字符串 (a,b)(a>b)?a:b。
宏展開時(shí)，宏調(diào)用語句： max=MAX(x,y);將變?yōu)椋?max=(a,b)(a>b)?a:b(x,y);這顯然是錯(cuò)誤的。
2. 在帶參宏定義中，形式參數(shù)不分配內(nèi)存單元，因此不必作類型定義。而宏調(diào)用中的實(shí)參有具體的值。要用它們?nèi)ゴ?BR>換形參，因此必須作類型說明。這是與函數(shù)中的情況不同的。在函數(shù)中，形參和實(shí)參是兩個(gè)不同的量，各有自己的作
用域，調(diào)用時(shí)要把實(shí)參值賦予形參，進(jìn)行“值傳遞”。而在帶參宏中，只是符號(hào)代換，不存在值傳遞的問題。
3. 在宏定義中的形參是標(biāo)識(shí)符，而宏調(diào)用中的實(shí)參可以是表達(dá)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);
}

上例中第一行為宏定義，形參為y。程序第七行宏調(diào)用中實(shí)參為a+1，是一個(gè)表達(dá)式，在宏展開時(shí)，用 a+1代換y，
再用(y)*(y) 代換SQ，得到如下語句： sq=(a+1)*(a+1); 這與函數(shù)的調(diào)用是不同的， 函數(shù)調(diào)用時(shí)要把實(shí)參表達(dá)式的
值求出來再賦予形參。 而宏代換中對(duì)實(shí)參表達(dá)式不作計(jì)算直接地照原樣代換。

4. 在宏定義中，字符串內(nèi)的形參通常要用括號(hào)括起來以避免出錯(cuò)。 在上例中的宏定義中(y)*(y)表達(dá)式的 y都用括號(hào)
括起來，因此結(jié)果是正確的。如果去掉括號(hào)，把程序改為以下形式：
#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);
}

運(yùn)行結(jié)果為：input a number:3
sq=7 同樣輸入 3，但結(jié)果卻是不一樣的。問題在哪里呢? 這是由于代換只作符號(hào)代換而不作其它處理而造成的。 宏
代換后將得到以下語句： sq=a+1*a+1; 由于 a為3故sq的值為7。這顯然與題意相違，因此參數(shù)兩邊的括號(hào)是不能
少的。即使在參數(shù)兩邊加括號(hào)還是不夠的，請(qǐng)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);
}

本程序與前例相比，只把宏調(diào)用語句改為： sq=160/SQ(a+1); 運(yùn)行本程序如輸入值仍為3時(shí)，希望結(jié)果為10。
但實(shí)際運(yùn)行的結(jié)果如下：input a number:3 sq=160為什么會(huì)得這樣的結(jié)果呢?分析宏調(diào)用語句，在宏代換之后變?yōu)椋?BR>sq=160/(a+1)*(a+1);a為3時(shí)，由于“/”和“*”運(yùn)算符優(yōu)先級(jí)和結(jié)合性相同，則先作160/(3+1)得40，再作40*(3+1)
最后得160。為了得到正確答案應(yīng)在宏定義中的整個(gè)字符串外加括號(hào)， 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);
}

以上討論說明，對(duì)于宏定義不僅應(yīng)在參數(shù)兩側(cè)加括號(hào)， 也應(yīng)在整個(gè)字符串外加括號(hào)。