C/C++程序设计和预处理

个人主页：仍有未知等待探索_C语言疑难,数据结构,小项目-CSDN博客

专题分栏：C语言疑难_仍有未知等待探索的博客-CSDN博客

一、引言

二、程序的翻译环境和执行环境

1、什么是程序

2、程序的翻译环境

3、程序的执行环境

三、预处理

1、预定义符号

2、#define

1.#define定义标识符

2.#define定义宏

3.#define的替换规则

注意

思考题

4.#和##

1.#的作用

2.##的作用

5.带副作用的宏参数

6.宏和函数对比

宏的优势

函数的优势

7.命名约定

3、#undef

功能

4、命令行定义

5、条件编译

6、文件包含

1.头文件包含

2.嵌套文件包含

问题解决一：

问题解决二：

7、其他预处理指令

一、引言

到这篇文章开始，C语言迎来了最后结束。记住这是书的结束，而不是我们的学习C语言的结束！

但我们要知道C语言的内容不仅仅是这么一点点内容而已，还有很多更加高深，更加底层的知识等着我们去学习，去了解。

C语言的底层逻辑是怎么实现的，代码的执行逻辑又是怎么样的，函数栈帧的创建和销毁，还有编译器提供一系列的库函数等等……

革命尚未成功，同志仍需努力！

二、程序的翻译环境和执行环境

1、什么是程序

计算机程序是一组计算机能识别和执行的指令，运行于电子计算机上，满足人们某种需求的信息

工具。说白了互联网、智能移动设备、云计算、大数据的共同基础、共同的指挥官就是程序。

简而言之，程序=算法+数据结构。

2、程序的翻译环境

在ANSI C（C语言标准）中，存在两个不同的环境，一个是翻译环境，另一个是执行环境。

翻译环境：把程序员写的文本代码转化成机器可识别的二进制指令。

执行环境：说白了就是代码执行所需要的环境，用于代码的执行。

就比如说：文本文件、源文件（test.c）——>通过翻译环境可以转化成可执行文件，也就是二进制文件（test.exe），然后通过执行环境进行执行。

1、test.c通过翻译环境和运行环境进行，来对文件进行可执行文件。

2、翻译环境会包括编译和链接。编译是指编译器（比如VS2019、devc++等），而链接器是链接目标文件和链接库生产的可执行程序（二进制程序）

3、编译又可以分为三个阶段：预编译、编译、汇编。

预编译：注释的替换（删除，注释会被替换成一个空格）、头文件的包含（#include<>）、#define符号的替换。这些都会在正式编译前会完成（对文本操作）。
编译：把C语言代码翻译成汇编代码。（通过：词法分析，语法分析，语义分析，符号汇总）。
汇编：把汇编代码翻译成二进制的指令，生成目标文件（.obj）、生成符号表（汇总的符号都是全局的）。
链接器：合并段表、符号表的合并和重定位。

其大体的过程如下：

3、程序的执行环境

程序的执行过程：

1.、程序必须载入内存中。在有操作系统的环境中：一般这个由操作系统完成。在独立的环境中，程序
的载入必须由手工安排，也可能是通过可执行代码置入只读内存来完成。
2、程序的执行便开始。接着便调用main函数。
3、开始执行程序代码。这个时候程序将使用一个运行时堆栈（stack），存储函数的局部变量和返回地址。程序同时也可以使用静态（static）内存，存储于静态内存中的变量在程序的整个执行过程一直保留他们的值。
4、终止程序。正常终止main函数；也有可能是意外终止。

三、预处理

1、预定义符号

预定义符号都是语言内置的。

//预定义符号__FILE__ //进行编译的源文件__LINE__ //文件当前的行号__DATE__ //文件被编译的日期__TIME__ //文件被编译的时间__STDC__ //如果编译器遵循ANSI C，其值为1，否则未定义

#include<stdio.h>
int main()
{//预定义符号//__FILE__ //进行编译的源文件//__LINE__ //文件当前的行号//__DATE__ //文件被编译的日期//__TIME__ //文件被编译的时间//__STDC__ //如果编译器遵循ANSI C，其值为1，否则未定义printf("%s\n", __FILE__);printf("%d\n", __LINE__);printf("%s\n", __DATE__);printf("%s\n", __TIME__);//printf("%d\n", __STDC__);不是所有的编译器都全部按照ANSI C进行编辑的return 0;
}

2、#define

1.#define定义标识符

#include<stdio.h>
#define name stuff//语法
#define max 100
#define reg REG
#define do_forever for(;;)
//如果要替换的标识符太长了，可以换行写，但是必须在每行的末尾加上一个反斜杠（最后一行除外）
#define DEBUG_PRINT printf("file:%s\tline:%d\t \
date:%s\ttime:%s\n" ,\
__FILE__,__LINE__ , \
__DATE__,__TIME__ )
int main()
{return 0;
}

注：

如果要替换的标识符太长了，可以换行写，但是必须在每行的末尾加上一个反斜杠（最后一行除外）。
不要在语句的末尾加上分号。

先存个疑，自己可以进行思考，在代替规则里，我会进行解释。

#include<stdio.h>
#define max 30;
int main()
{//这么写是有语法错误的int n=0;if (max > 0)n -= max;elsen += max;return 0;
}

2.#define定义宏

#define 机制包括了一个规定，允许把参数替换到文本中，这种实现通常称为宏（macro）或定义宏（define macro）。

宏的申明方式：
#define name( parament-list ) stuff
其中的 parament-list 是一个由逗号隔开的符号表，它们可能出现在stuff中。
注意：
参数列表的左括号必须与name紧邻。
如果两者之间有任何空白存在，参数列表就会被解释为stuff的一部分。

其实就是将#define定义的宏直接往文本文件里面直接进行替换。

文本文件：
#include<stdio.h>
#define Add(a,b) ((a)+(b))
int main()
{int a = 6;int b = 5;int sum = Add(a, b);printf("%d",sum);return 0;
}
被预编译后的文件
#include<stdio.h>
#define Add(a,b) ((a)+(b))
int main()
{int a = 6;int b = 5;int sum = a+b;printf("%d", sum);return 0;
}

3.#define的替换规则

在程序中扩展#define定义符号和宏时，需要涉及几个步骤。
1. 在调用宏时，首先对参数进行检查，看看是否包含任何由#define定义的符号。如果是，它们首先被替换。
2. 替换文本随后被插入到程序中原来文本的位置。对于宏，参数名被他们的值所替换。
3. 最后，再次对结果文件进行扫描，看看它是否包含任何由#define定义的符号。如果是，就重复上述处理过程。

#define的使用规则比较简单，但是需要注意的是#define定义的标识符和宏是完全的遵循替换规则的。（替换规则就是将#define定义的标识符和宏给替换掉）

注意

1、#define定义宏和标识符不是计算好了之后再从文本中找到，然后进行替换。而是先进行替换，然后才计算。
2、宏参数和#define 定义中可以出现其他#define定义的符号。但是对于宏，不能出现递归。
3、当预处理器搜索#define定义的符号的时候，字符串常量的内容并不被搜索。

#define的代替规则。

给标识符max进行#define定义的时候，在30后面多加了一个分号，导致回代的时候会多一个分号。而if——else没有花括号的话，默认只有一条语句，而空语句也算一条语句，导致if——else的语法不符合。

思考题

下面代码的值是多少？

#include<stdio.h>
#define c a+b
int main()
{int a = 3;int b = 5;int ret1 = b * c;int ret2 = c * b;printf("ret1 = %d\nret2 = %d", ret1, ret2);return 0;
}

c先会被替换成a+b，然后才开始进行编译。

4.#和##

1.#的作用

如何把宏的参数插入到字符串中？

#define PRINT(FORMAT, VALUE) printf("the value is "#FORMAT"\n", VALUE);//使用 # ，把一个宏参数变成对应的字符串
#include<stdio.h>
int main()
{PRINT("%d", 10);return 0;
}

2.##的作用

##可以把位于它两边的符号合成一个符号。
它允许宏定义从分离的文本片段创建标识符

注：
这样的连接必须产生一个合法的标识符。否则其结果就是未定义的

#include<stdio.h>
#define CAT(v,n) v##n
int main()
{int v10 = 100;printf("%d", CAT(v, 10));return 0;
}

5.带副作用的宏参数

这里的副作用不是坏的意思，而是他除了运行这一串代码后，也可能会有什么其他的变化。

例如：

副作用就像下图一样，当a++，b++执行完之后，a和b的值发生了改变。这就叫做“副作用”
#include<stdio.h>
#define MAX(a,b) ((a)>(b)?(a):(b))
int main()
{int a = 100;int b = 20;int max = MAX(a++, b++);printf("%d", max);return 0;
}

6.宏和函数对比

宏的优势

宏在一些代码简洁的功能上，时间短。函数写一些简单的功能时，函数调用、函数执行、传返回值会比想象得更加繁琐。
函数传参时是有固定的参数类型的，而宏没有这一限制。

函数的优势

当代码量大的时候，使用函数更加方便。
函数方便调试，宏没办法进行调试。
函数更加的严谨。
宏可能会带来优先级的问题，而函数不会。

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次使用这个函数时，都调地方的同一份代码
执行速度	更快	存在函数的调用和返回的销，所以相对慢一些
操作符优先级	宏参数的求值是在所有周围表达式的上下文环境里，除非加上括号，否则邻近操作符的优先级可能会产生不可预料的后果，所以建议宏在书写的时候多些括号。	函数参数只在函数调用的值一次，它的结果值传递数。表达式的求值结果更测。
带有副作用的参数	参数可能被替换到宏体中的多个位置，所以带有副作用的参数求值可能会产生不可预料的结果。	函数参数只在传参的时候次，结果更容易控制。
参数类型	宏的参数与类型无关，只要对参数的操作是合法的，它就可以使用于任何参数类型。	函数的参数是与类型有关果参数的类型不同，就需的函数，即使他们执行的相同的。
调试	宏是不方便调试的	函数是可以逐语句调试的
递归	宏是不能递归的	函数是可以递归的

7.命名约定

一般来讲，宏的用法和函数类似，没办法区分。

我们一般全用大写来表示宏名。

不全部为大写来表示函数名。

3、#undef

功能

移除宏定义

#include<stdio.h>
#define MAX(a,b) ((a)>(b)?(a):(b))
int main()
{int a = 100;int b = 20;
#undef MAX//意思就是将名为MAX的宏给移除//int max = MAX(a++, b++);这条语句将会报错，MAX无法解析的外部符号printf("%d", max);return 0;
}

4、命令行定义

许多C的编译器都提供了一种能力，可以在命令行中定义符号，用于编译。

5、条件编译

通过条件编译，编译程序的时候，我们将一条语句进行编译和移除很方便。

当#if后面的条件语句真值为1的时候，执行后面的语句，到#endif结束。
#if 1printf("%d", max);
#endif

#if 1==1printf("haha");
#elif 2==1printf("hh");
#endif

判断某个宏名是否被定义

//如果SUM宏存在，执行语句；否则不执行//第一种写法
#if defined(SUM)
//语句
#endif//第二种写法
#ifdef SUM
//语句
#endif

//如果SUM宏不存在，执行语句；否则不执行
//第一种写法
#if !defined(SUM)
//语句
#endif//第二种写法
#ifndef SUM
//语句
#endif

6、文件包含

1.头文件包含

#include的指令就是在文件里面包含其他文件。

这个不陌生吧，包含标准输入输出文件。

这个包含语句写法有两种：#include<>和#include""。

#include<>（标准库中包含）	#include""（本地文件包含）
会在标准库中查找，如果没有则报错	首先编译器会先在本地文件中进行查找，如果本地文件没有，则会在标准库中查找。如果最终没找到，则报错