前面各章中，已经多次使用过#include命令。使用库函数之前，应该用#include引入对应的头文件。这种以#号开头的命令称为预处理命令。

C 预处理器不是编译器的组成部分，但是它是编译过程中一个单独的步骤。简言之，C 预处理器只不过是一个文本替换工具而已，它们会指示编译器在实际编译之前完成所需的预处理。我们将把 C 预处理器（C Preprocessor）简写为 CPP。

所有的预处理器命令都是以井号（#）开头。它必须是第一个非空字符，为了增强可读性，预处理器指令应从第一列开始。下面列出了所有重要的预处理器指令：

 

C语言代码要经过编译和链接才能生成可执行程序：

• 编译是针对单个源文件（.c 文件）的，有多少个源文件就生成多少个目标文件，并且在生成过程中不受其他源文件的影响。也就是说，每个源文件都是独立编译的。
• 链接器的作用就是将这些目标文件拼装成一个可执行程序，并为代码（函数）和数据（变量、字符串等）分配好虚拟地址，这和搭积木的过程有点类似。

编译的原理比较复杂，涉及到大量的算法和正则表达式，我们这门课不涉及C语言的编译。

在实际开发中，有时候在编译之前还需要对源文件进行简单的处理。例如，我们希望自己的程序在 Windows 和 Linux 下都能够运行，那么就要在 Windows 下使用 VS 编译一遍，然后在 Linux 下使用 GCC 编译一遍。但是现在有个问题，程序中要实现的某个功能在 VS 和 GCC 下使用的函数不同（假设 VS 下使用 a()，GCC 下使用 b()），VS 下的函数在 GCC 下不能编译通过，GCC 下的函数在 VS 下也不能编译通过，怎么办呢？

这就需要在编译之前先对源文件进行处理：如果检测到是 VS，就保留 a() 删除 b()；如果检测到是 GCC，就保留 b() 删除 a()。

这些在编译之前对源文件进行简单加工的过程，就称为预处理（即预先处理、提前处理）。

预处理主要是处理以#开头的命令，例如#include <stdio.h>等。预处理命令要放在所有函数之外，而且一般都放在源文件的前面。

预处理是C语言的一个重要功能，由预处理程序完成。当对一个源文件进行编译时，系统将自动调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。

编译器会将预处理的结果保存到和源文件同名的.i文件中，例如 main.c 的预处理结果在 main.i 中。和.c一样，.i也是文本文件，可以用编辑器打开直接查看内容。

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，合理地使用它们会使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。

#include命令

#include 是文件包含命令，主要用来引入对应的头文件。#include 的处理过程很简单，就是将头文件的内容插入到该命令所在的位置，从而把头文件和当前源文件连接成一个源文件，这与复制粘贴的效果相同。

#include有两种使用方式：

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

使用尖括号< >和双引号" "的区别在于头文件的搜索路径不同，包含标准库的头文件建议用尖括号，包含自定义的头文件建议用双引号。使用尖括号表示在包含文件目录中去查找(包含目录是
由用户在设置环境时设置的)，而不在源文件目录去查找；使用双引号则表示首先在当前的源文件目录中查找，若未找到才到包含目录中去查找。用户编程时可根据自己文件所在的目录来选择某一种命令形式。

说明：

• 一个 #include 命令只能包含一个头文件，多个头文件需要多个 #include 命令。
• 文件包含允许嵌套，也就是说在一个被包含的文件中又可以包含另一个文件。

什么是宏 ？

宏（Macro）是预处理命令的一种，它允许用一个标识符来表示一个字符串。先看一个例子：

#include <stdio.h>
#define N 100
int main()
{
    int sum = 20 + N;
    printf("%d\n", sum);
    return 0;
}

该示例中的语句int sum = 20 + N;，N被100代替了。

#define N 100就是宏定义，N为宏名，100是宏的内容。

在预处理阶段，对程序中所有出现的“宏名”，预处理器都会用宏定义中的字符串去代换，这称为“宏替换”或“宏展开”。

宏定义是由源程序中的宏定义命令#define完成的，宏替换是由预处理程序完成的。

宏定义的一般形式为：

#define  宏名  字符串

#表示这是一条预处理命令，所有的预处理命令都以 # 开头。define是预处理命令。宏名是标识符的一种，命名规则和标识符相同。字符串可以是数字、表达式、if 语句、函数等。

这里所说的字符串是一般意义上的字符序列，不要和C语言中的字符串等同，它不需要双引号。

程序中反复使用的表达式就可以使用宏定义，例如：

#define M (n*n+3*n)

它的作用是指定标识符M来表示(y*y+3*y)这个表达式。在编写代码时，所有出现 (y*y+3*y) 的地方都可以用 M 来表示，而对源程序编译时，将先由预处理程序进行宏代替，即用 (y*y+3*y) 去替换所有的宏名 M，然后再进行编译。

#include <stdio.h>
#define M (n*n+3*n)
int main()
{
    int sum, n;
    printf("Input a number: ");
    scanf("%d", &n);
    sum = 3*M+4*M+5*M;
    printf("sum=%d\n", sum);
    return 0;
}

程序的开头首先定义了一个宏 M，它表示 (n*n+3*n) 这个表达式。在 第8行代码中使用了宏 M，预处理程序将它展开为下面的语句：

下面的语句：

sum=3*(n*n+3*n)+4*(n*n+3*n)+5*(n*n+3*n);

需要注意的是，在宏定义中表达式(n*n+3*n)两边的括号不能少，否则在宏展开以后可能会产生歧义。下面是一个反面的例子：

#difine M n*n+3*n

在宏展开后将得到下述语句：

s=3*n*n+3*n+4*n*n+3*n+5*n*n+3*n;

这相当于：

这显然是不正确的。所以进行宏定义时要注意，应该保证在宏替换之后不发生歧义。

对宏定义的几点说明

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，这只是一种简单粗暴的替换。字符串中可以含任何字符，它可以是常数、表达式、if 语句、函数等，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替换。

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
int main(){
    // Code
    return 0;
}
#undef PI
void func(){
    // Code
}

表示 PI 只在 main() 函数中有效，在 func() 中无效。

4) 代码中的宏名如果被引号包围，那么预处理程序不对其作宏代替，例如：

#include <stdio.h>
#define OK 100
int main()
{
    printf("OK\n");
    return 0;
}

该例中定义宏名 OK 表示 100，但在 printf 语句中 OK 被引号括起来，因此不作宏替换，而作为字符串处理。

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 UINT unsigned int

在程序中可用 UINT 作变量说明：

UINT 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替换，由预处理器来处理；而 typedef 是在编译阶段由编译器处理的，它并不是简单的字符串替换，而给原有的数据类型起一个新的名字，将它作为一种新的数据类型。

请看下面的例子：

#define PIN1 int *
typedef int *PIN2;  //也可以写作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 是一个新的、完整的数据类型。

由这个例子可见，宏定义虽然也可表示数据类型， 但毕竟只是简单的字符串替换。在使用时要格外小心，以避出错。

C语言带参数宏定义

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”，这点和函数有些类似。

对带参数的宏，在展开过程中不仅要进行字符串替换，还要用实参去替换形参。

带参宏定义的一般形式为：

在字符串中可以含有各个形参。

带参宏调用的一般形式为：

例如：

#define M(y) y*y+3*y  //宏定义
// Code
k=M(5);  //宏调用

在宏展开时，用实参 5 去代替形参 y，经预处理程序展开后的语句为k=5*5+3*5。

【示例】输出两个数中较大的数。

#include <stdio.h>
#define MAX(a,b) (a>b) ? a : b
int main()
{
    int x , y, max;
    printf("input two numbers: ");
    scanf("%d %d", &x, &y);
    max = MAX(x, y);
    printf("max=%d\n", max);
    return 0;
}

运行结果：
input two numbers: 10 20
max=20

程序第 2 行定义了一个带参数的宏，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 8 行max = MAX(x, y)为宏调用，实参 x、y 将用来代替形参 a、b。宏展开后该语句为：

max=(x>y) ? x : y;

对带参宏定义的说明

1) 带参宏定义中，形参之间可以出现空格，但是宏名和形参列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，不会为形式参数分配内存，因此不必指明数据类型。而在宏调用中，实参包含了具体的数据，要用它们去替换形参，因此实参必须要指明数据类型。

这一点和函数是不同的：在函数中，形参和实参是两个不同的变量，都有自己的作用域，调用时要把实参的值传递给形参；而在带参数的宏中，只是符号的替换，不存在值传递的问题。

【示例】输入 n，输出 (n+1)^2 的值。

#include <stdio.h>
#define SQ(y) (y)*(y)
int main()
{
    int a, sq;
    printf("input a number: ");
    scanf("%d", &a);
    sq = SQ(a+1);
    printf("sq=%d\n", sq);
    return 0;
}

运行结果：
input a number: 9
sq=100

第 2 行为宏定义，形参为 y。第 8 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传递给形参，而宏展开中对实参表达式不作计算，直接按照原样替换。

3) 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。例如上面的宏定义中 (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：

#include <stdio.h>
#define SQ(y) y*y
int main()
{
    int a, sq;
    printf("input a number: ");
    scanf("%d", &a);
    sq = SQ(a+1);
    printf("sq=%d\n", sq);
    return 0;
}

运行结果为：
input a number: 9
sq=19

同样输入 9，但结果却是不一样的。问题在哪里呢？这是由于宏展开只是简单的符号替换的过程，没有任何其它的处理。宏替换后将得到以下语句：

sq=a+1*a+1;

由于 a 为 9，故 sq 的值为 19。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：

#include <stdio.h>
#define SQ(y) (y)*(y)
int main ()
{
    int a,sq;
    printf("input a number: ");
    scanf("%d", &a);
    sq = 200 / SQ(a+1);
    printf("sq=%d\n", sq);
    return 0;
}

与前面的代码相比，只是把宏调用语句改为：

sq = 200/SQ(a+1);

运行程序后，如果仍然输入 9，那么我们希望的结果为 2。但实际情况并非如此：
input a number: 9
sq=200

为什么会得这样的结果呢？分析宏调用语句，在宏展开之后变为：

sq=200/(a+1)*(a+1);

a 为 9 时，由于“/”和“*”运算符优先级和结合性相同，所以先计算 200/(9+1)，结果为 20，再计算 20*(9+1)，最后得到 200。

为了得到正确答案，应该在宏定义中的整个字符串外加括号：

#include <stdio.h>
#define SQ(y) ((y)*(y))
int main()
{
    int a,sq;
    printf("input a number: ");
    scanf("%d", &a);
    sq = 200 / SQ(a+1);
    printf("sq=%d\n", sq);
    return 0;
}

由此可见，对于带参宏定义不仅要在参数两侧加括号，还应该在整个字符串外加括号。

Y两边如果不用括号:

#include <stdio.h>
#define SQ(y) (y*y)
int main()
{
    int a,sq;
    printf("input a number: ");
    scanf("%d", &a);
    sq = 200 / SQ(a+1);
    printf("sq=%d\n", sq);
    return 0;
}

input number: 9

sq结果: 10

为什么会得这样的结果呢？分析宏调用语句，在宏展开之后变为：

sq=200/(a+1*a+1) = 10 ( 取整的结果）

#include <stdio.h>
#define SQ(y) (y*y)
int main()
{
    float a,sq;
    printf("input a number: ");
    scanf("%f", &a);
    sq = 200 / SQ(a+1);
    printf("sq=%f\n", sq);
    return 0;
}

C语言带参宏定义和函数的区别

带参数的宏和函数很相似，但有本质上的区别：宏展开仅仅是字符串的替换，不会对表达式进行计算；宏在编译之前就被处理掉了，它没有机会参与编译，也不会占用内存。而函数是一段可以重复使用的代码，会被编译，会给它分配内存，每次调用函数，就是执行这块内存中的代码。

【示例①】用函数计算平方值。

#include <stdio.h>
int SQ(int y)
{
  return ((y)*(y));
}

int main()
{
    int i=1;
    while(i<=5){
        printf("%d^2 = %d\n", (i-1), SQ(i++));
    }
    return 0;
}

运行结果：
1^2 = 1
2^2 = 4
3^2 = 9
4^2 = 16
5^2 = 25

【示例②】用宏计算平方值。

#include <stdio.h>
#define SQ(y) ((y)*(y))

int main()
{
    int i=1;
    while(i<=5){
        printf("%d^2 = %d\n", i, SQ(i++));
    }
    return 0;
}

这样的结果是不对的，在不同的编译器上运行结果也不一样。在我们的CB编译器的结果是：

3^2 = 2
5^2 = 12
7^2 = 30

在示例①中，先把实参 i 传递给形参 y，然后再自增 1，这样每循环一次 i 的值增加 1，所以最终要循环 5  次。

在示例②中，宏调用只是简单的字符串替换，SQ(i++) 会被替换为 ((i++)*(i++))，这样每循环一次 i 的值增加 2，所以最终只循环 3  次。

在第一次循环时，由于 i 等于 1，其计算过程为： i 自增 两次变为 3，因此结果的第一个值就是3^2;  第一个Y是一，第二个Y是二，所以结果是2.

在第二次循环时，由于 i 等于 3，其计算过程为： i 自增 两次变为 5，因此结果的第一个值就是5^2;  第一个Y是3，第二个Y是4，所以结果是12.

在第三次循环时，由于 i 等于 5，其计算过程为： i 自增 两次变为 7，因此结果的第一个值就是7^2;  第一个Y是5，第二个Y是6，所以结果是30.

因为此时i已经等于7，不再满足循环条件，停止循环。

由此可见，宏和函数只是在形式上相似，本质上是完全不同的。

带参数的宏也可以用来定义多个语句，在宏调用时，把这些语句又替换到源程序中，请看下面的例子：

#include <stdio.h>
#define SSSV(s1, s2, s3, v) s1 = length * width; s2 = length * height; s3 = width * height; v = width * length * height;
int main()
{
    int length = 3, width = 4, height = 5, sa, sb, sc, vv;
    SSSV(sa, sb, sc, vv);
    printf("sa=%d, sb=%d, sc=%d, vv=%d\n", sa, sb, sc, vv);
    return 0;
}

运行结果：
sa=12, sb=15, sc=20, vv=60

预定义宏

ANSI C 定义了许多宏。在编程中您可以使用这些宏，但是不能直接修改这些预定义的宏。

宏	描述
__DATE__	当前日期，一个以 “MMM DD YYYY” 格式表示的字符常量。
__TIME__	当前时间，一个以 “HH:MM:SS” 格式表示的字符常量。
__FILE__	这会包含当前文件名，一个字符串常量。
__LINE__	这会包含当前行号，一个十进制常量。
__STDC__	当编译器以 ANSI 标准编译时，则定义为 1。

让我们来尝试下面的实例：

#include <stdio.h>

main()
{
   printf("File :%s\n", __FILE__ );
   printf("Date :%s\n", __DATE__ );
   printf("Time :%s\n", __TIME__ );
   printf("Line :%d\n", __LINE__ );
   printf("ANSI :%d\n", __STDC__ );

}

 

预处理条件编译

预处理程序提供了条件编译的功能。可以按不同的条件去编译不同的程序部分，因而产生不同的目标代码文件。这对于程序的移植和调试是很有用的。
条件编译有三种形式，下面分别介绍：

1. 第一种形式：

#ifdef  标识符
程序段 1
#else
程序段 2
#endif

它的功能是，如果标识符已被 #define 命令定义过则对程序段 1 进行编译；否则对程序段 2 进行编译。如果没有程序段 2(它为空)，本格式中的#else 可以没有，即可以写为：

#ifdef 标识符
程序段
#endif

例七：

#define NUM ok
main(){
 struct stu
 {
   int num;
   char *name;
   char sex;
   float score;
 } *ps;

   ps=(struct stu*)malloc(sizeof(struct stu));
   ps->num=102;
   ps->name="Zhang ping";
   ps->sex='M';
   ps->score=62.5;
   #ifdef NUM
   printf("Number=%d\nScore=%f\n",ps->num,ps->score);
   #else
   printf("Name=%s\nSex=%c\n",ps->name,ps->sex);
   #endif
   free(ps);
}

由于在程序的第 16 行插入了条件编译预处理命令，因此要根据 NUM 是否被定义过来决定
编译那一个 printf 语句。而在程序的第一行已对 NUM 作过宏定义，因此应对第一个 printf
语句作编译故运行结果是输出了学号和成绩。
在程序的第一行宏定义中，定义 NUM 表示字符串 OK，其实也可以为任何字符串，甚至不
给出任何字符串，写为：
#define NUM
也具有同样的意义。只有取消程序的第一行才会去编译第二个 printf 语句。读者可上机试作。
2. 第二种形式：
#ifndef 标识符
程序段 1
#else
程序段 2
#endif
与第一种形式的区别是将“ifdef”改为“ifndef”。它的功能是，如果标识符未被
#define 命令定义过则对程序段 1 进行编译，否则对程序段 2 进行编译。这与第一种形式的
功能正相反。
3. 第三种形式：
#if 常量表达式
程序段 1
#else
程序段 2
#endif
它的功能是，如常量表达式的值为真(非 0)，则对程序段 1 进行编译，否则对程序段 2
进行编译。因此可以使程序在不同条件下，完成不同的功能。
【例 9.13】
#define R 1
main(){
float c,r,s;
printf (“input a number: “);
scanf(“%f”,&c);
#if R
r=3.14159*c*c;
printf(“area of round is: %f\n”,r);
#else
s=c*c;
printf(“area of square is: %f\n”,s);
#endif
}
本例中采用了第三种形式的条件编译。在程序第一行宏定义中，定义 R 为 1，因此在条
件编译时，常量表达式的值为真，故计算并输出圆面积。
上面介绍的条件编译当然也可以用条件语句来实现。 但是用条件语句将会对整个源程序
进行编译，生成的目标代码程序很长，而采用条件编译，则根据条件只编译其中的程序段 1
或程序段 2，生成的目标程序较短。如果条件选择的程序段很长，采用条件编译的方法是十
分必要的。