预处理

预处理

概述

在前面各章中，已多次使用过以“#”号开头的预处理命令。如包含命令# include，宏定义命令# define等。在
源程序中这些命令都放在函数之外， 而且一般都放在源文件的前面，它们称为预处理部分。

所谓预处理是指在进行编译的第一遍扫描(词法扫描和语法分析)之前所作的工作。预处理是Ｃ语言的一个重要功
能， 它由预处理程序负责完成。当对一个源文件进行编译时， 系统将自动引用预处理程序对源程序中的预处理部分
作处理， 处理完毕自动进入对源程序的编译。

Ｃ语言提供了多种预处理功能，如宏定义、文件包含、条件编译等。合理地使用预处理功能编写的程序便于阅读、
修改、 移植和调试，也有利于模块化程序设计。本章介绍常用的几种预处理功能。

宏定义

在Ｃ语言源程序中允许用一个标识符来表示一个字符串， 称为“宏”。被定义为“宏”的标识符称为“宏名”。
在编译预处理时，对程序中所有出现的“宏名”，都用宏定义中的字符串去代换， 这称为“宏代换”或“宏展开”。

宏定义是由源程序中的宏定义命令完成的。 宏代换是由预处理程序自动完成的。在Ｃ语言中，“宏”分为有参数
和无参数两种。 下面分别讨论这两种“宏”的定义和调用。

无参宏定义

无参宏的宏名后不带参数。其定义的一般形式为： #define 标识符 字符串 其中的“#”表示这是一条预处理命
令。凡是以“#”开头的均为预处理命令。“define”为宏定义命令。 “标识符”为所定义的宏名。“字符串”可以
是常数、表达式、格式串等。在前面介绍过的符号常量的定义就是一种无参宏定义。此外，常对程序中反复使用的表
达式进行宏定义。例如： # define M (y*y+3*y) 定义 M表达式(y*y+3*y)。在编写源程序时，所有的(y*y+3*y)都可
由 M代替，而对源程序作编译时，将先由预处理程序进行宏代换，即用(y*y+3*y)表达式去置换所有的宏名 M，然后再

进行编译。

#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);
}

上例程序中首先进行宏定义，定义M表达式(y*y+3*y),在s= 3*M+4*M+5* M中作了宏调用。在预处理时经宏展开
后该语句变为：s=3*(y*y+3*y)+4(y*y+3*y)+5(y*y+3*y);但要注意的是，在宏定义中表达式(y*y+3*y)两边的括号不能
少。否则会发生错误。

当作以下定义后： #difine M y*y+3*y在宏展开时将得到下述语句： s=3*y*y+3*y+4*y*y+3*y+5*y*y+3*y；这相
当于； 3y　2+3y+4y　2+3y+5y　2+3y；显然与原题意要求不符。计算结果当然是错误的。因此在作宏定义时必须
十分注意。应保证在宏代换之后不发生错误。对于宏定义还要说明以下几点：

1. 宏定义是用宏名来表示一个字符串，在宏展开时又以该字符串取代宏名，这只是一种简单的代换，字符串中可以含
任何字符，可以是常数，也可以是表达式，预处理程序对它不作任何检查。如有错误，只能在编译已被宏展开后的源
程序时发现。
2. 宏定义不是说明或语句，在行末不必加分号，如加上分号则连分号也一起置换。
3. 宏定义必须写在函数之外，其作用域为宏定义命令起到源程序结 束。如要终止其作用域可使用# undef命令，例
如： # define PI 3.14159
main()
{
……
}
# undef PIPI的作用域
f1()

....表示 PI只在main函数中有效，在 f1中无效。

4. 宏名在源程序中若用引号括起来，则预处理程序不对其作宏代换。
#define OK 100
main()
{
printf("OK");
printf("\n");
}

上例中定义宏名 OK表示100，但在 printf语句中OK被引号括起来，因此不作宏代换。程序的运行结果为：OK这表示
把“OK”当字符串处理。

5. 宏定义允许嵌套，在宏定义的字符串中可以使用已经定义的宏名。在宏展开时由预处理程序层层代换。例如：
#define PI 3.1415926
#define S PI*y*y /* PI是已定义的宏名*/对语句： printf("%f",s);在宏代换后变为：printf("%f",3.1415926*y*y);
6. 习惯上宏名用大写字母表示，以便于与变量区别。但也允许用小写字母。
7. 可用宏定义表示数据类型，使书写方便。例如： #define STU struct stu在程序中可用STU作变量说明： STU
body[5],*p;#define INTEGER int 在程序中即可用INTEGER作整型变量说明： INTEGER a,b; 应注意用宏定义表示
数据类型和用 typedef定义数据说明符的区别。宏定义只是简单的字符串代换，是在预处理完成的，而 typedef是在
编译时处理的，它不是作简单的代换，而是对类型说明符重新命名。被命名的标识符具有类型定义说明的功能。请看
下面的例子： #define PIN1 int* typedef (int*) PIN2;从形式上看这两者相似， 但在实际使用中却不相同。下面
用PIN1，PIN2说明变量时就可以看出它们的区别： PIN1 a,b;在宏代换后变成 int *a,b;表示 a是指向整型的指针变
量，而b是整型变量。然而：PIN2 a,b;表示a,b都是指向整型的指针变量。因为PIN2是一个类型说明符。由这个例
子可见，宏定义虽然也可表示数据类型， 但毕竟是作字符
代换。在使用时要分外小心，以避出错。
8. 对“输出格式”作宏定义，可以减少书写麻烦。例9.3 中就采用了这种方法。

#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);
}

带参宏定义

Ｃ语言允许宏带有参数。在宏定义中的参数称为形式参数， 在宏调用中的参数称为实际参数。对带参数的宏，在
调用中，不仅要宏展开， 而且要用实参去代换形参。

带参宏定义的一般形式为： #define 宏名(形参表) 字符串 在字符串中含有各个形参。带参宏调用的一般形式为：
宏名(实参表)；
例如：

#define M(y) y*y+3*y /*宏定义*/
:
k=M(5); /*宏调用*/
: 在宏调用时，用实参5去代替形参y，经预处理宏展开后的语句
为： 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);
}

上例程序的第一行进行带参宏定义，用宏名 MAX表示条件表达式(a>b)?a:b，形参a,b均出现在条件表达式中。程
序第七行 max=MAX(x,

y)为宏调用，实参x,y，将代换形参a,b。宏展开后该语句为： max=(x>y)?x:y;用于计算x,y中的大数。对于带参的
宏定义有以下问题需要说明：
1. 带参宏定义中，宏名和形参表之间不能有空格出现。
例如把： #define MAX(a,b) (a>b)?a:b写为： #define MAX (a,b) (a>b)?a:b 将被认为是无参宏定义，宏名 MAX代
表字符串 (a,b)(a>b)?a:b。
宏展开时，宏调用语句： max=MAX(x,y);将变为： max=(a,b)(a>b)?a:b(x,y);这显然是错误的。
2. 在带参宏定义中，形式参数不分配内存单元，因此不必作类型定义。而宏调用中的实参有具体的值。要用它们去代
换形参，因此必须作类型说明。这是与函数中的情况不同的。在函数中，形参和实参是两个不同的量，各有自己的作
用域，调用时要把实参值赋予形参，进行“值传递”。而在带参宏中，只是符号代换，不存在值传递的问题。
3. 在宏定义中的形参是标识符，而宏调用中的实参可以是表达式。
#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);
}

上例中第一行为宏定义，形参为y。程序第七行宏调用中实参为a+1，是一个表达式，在宏展开时，用 a+1代换y，
再用(y)*(y) 代换SQ，得到如下语句： sq=(a+1)*(a+1); 这与函数的调用是不同的， 函数调用时要把实参表达式的
值求出来再赋予形参。 而宏代换中对实参表达式不作计算直接地照原样代换。

4. 在宏定义中，字符串内的形参通常要用括号括起来以避免出错。 在上例中的宏定义中(y)*(y)表达式的 y都用括号
括起来，因此结果是正确的。如果去掉括号，把程序改为以下形式：
#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);
}

运行结果为：input a number:3
sq=7 同样输入 3，但结果却是不一样的。问题在哪里呢? 这是由于代换只作符号代换而不作其它处理而造成的。 宏
代换后将得到以下语句： sq=a+1*a+1; 由于 a为3故sq的值为7。这显然与题意相违，因此参数两边的括号是不能
少的。即使在参数两边加括号还是不够的，请看下面程序：

#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);
}

本程序与前例相比，只把宏调用语句改为： sq=160/SQ(a+1); 运行本程序如输入值仍为3时，希望结果为10。
但实际运行的结果如下：input a number:3 sq=160为什么会得这样的结果呢?分析宏调用语句，在宏代换之后变为：
sq=160/(a+1)*(a+1);a为3时，由于“/”和“*”运算符优先级和结合性相同，则先作160/(3+1)得40，再作40*(3+1)
最后得160。为了得到正确答案应在宏定义中的整个字符串外加括号， 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);
}

以上讨论说明，对于宏定义不仅应在参数两侧加括号， 也应在整个字符串外加括号。