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C语言：20250805学习(文件预处理)

news 2025/8/6 17:28:10

内容提要

预处理
库文件
文件I/O
- 标准I/O

预处理

预处理功能

条件编译

概念

**定义：**根据设定的条件选择待编译的语句代码。

预处理机制：将满足条件的语句进行保留，将不满足条件的语句进行删除，交个下一步编译。

语法：

语法1：

根据是否找到标记，来决定是否参与编译（标记存在为真，不存在为假）

#ifdef 标记   // 标记 一般使用宏定义
... 语句代码1
#else
... 语句代码2
#endif

举例：

#define DEBUG 1  
#ifdef DEBUGprintf("调试模式！\n"); // 保留
#elseprintf("产品模式！\n"); // 删除
#endif

说明：printf("调试模式！\n");和printf("调试模式！\n");只能保留一个。

undef 取消已定义的宏（使其变为未定义状态）。

#define DEBUG 1  // 定义宏
#undef DEBUG     // 取消定义的宏
#ifdef DEBUGprintf("调试模式！\n"); // 删除
#elseprintf("产品模式！\n"); // 保留
#endif

语法2：

根据是否找到标记，来决定是否参与编译（标记不存在为真，存在为假）

#ifndef  标记
... 语句代码1
#else
... 语句代码2
#endif

举例：

#define DEBUG 1  
#ifndef DEBUGprintf("调试模式！\n"); // 删除
#elseprintf("产品模式！\n"); // 保留
#endif

语法3：

根据表达式的结果，来决定是否参与编译（表达式成立为真，不成立为假）

// 单分支
#if 表达式
... 语句代码1
#endif// 双分支
#if 表达式
... 语句代码1
#else
... 语句代码2
#endif// 多分支
#if 表达式1
... 语句代码1
#elif 表达式n
... 语句代码n
#else
... 语句代码n+1
#endif

案例

案例1

/*************************************************************************> File Name:    demo01.c> Author:       rch> Description:  > Created Time: 2025-08-05 09:52:19************************************************************************/
#include <stdio.h>// 定义一个条件编译的标记
#define LETTER 1 // 默认是大写int main(int argc, char *argv[])
{// 测试用的字母字符串char str[26] = "C Language";char c;int i = 0;// 遍历获取每一个字符while ((c = str[i]) != '\0'){
#if LETTERif (c >= 'a' && c <= 'z'){c -= 32; // 大写}
#elseif (c >= 'A' && c <= 'Z'){c += 32; // 小写}
#endifprintf("%c",c);i++;}printf("\n");return 0;
}

案例2

需求：跨平台适配代码

#ifdef _WIN32  // Windows系统宏（VC编译器定义）#include <windows.h>
#else  // Linux/Unix系统#include <unistd.h>
#endif

/*************************************************************************> File Name:    demo01.c> Author:       rch> Description:  > Created Time: 2025-08-05 09:52:19************************************************************************/
#include <stdio.h>// 定义一个条件编译的标记
#define LETTER 1 // 默认是大写int main(int argc, char *argv[])
{
#ifdef _WIN32  // Windows系统宏（VC编译器定义）printf("当前是windows平台！\n");
#else  // Linux/Unix系统printf("当前是Linux平台！\n");
#endifreturn 0;
}

文件包含

概念

所谓“文件包含”处理是指一个源文件可以将另一个源文件的全部内容包含进来。通常用于共享代码、声明或宏定义。一个常规的C语言程序会包含多个源文件（*.c），当某些公共资源需要在各个源文件中使用时，为了避免多次编写相同的代码，我们一般会进行代码的抽取（*.h），然后在各个源文件中直接包含即可。在这里插入图片描述

注意：*.h中的函数声明必须要在*.c中有对应的函数定义，否则没有意义。（函数一旦声明，就一定要定义）

基本语法

标准库包含（使用尖括号）（会到/usr/include目录下查找）

#include <stdio.h>   // 包含标准输入输出库 会到/usr/include目录下查找
#include <stdlib.h>  // 包含标准库函数

自定义文件包含（使用双引号）（会先在当前目录下查找，找不到再到/usr/include目录下查找）

#include "myheader.h"   // 包含当前目录下的自定义头文件
#include "utils/tool.h" // 包含子目录下的头文件

预处理机制

将文件中的内容替换文件包含指令

使用场景

**头文件包含：**通常将函数声明、宏定义、结构体定义等放在.h头文件中，通过#include引入到需要使用的.c文件中。
头文件中存放的内容，就是各个源文件的彼此可见的公共资源，包括：
- 全局变量的声明
- 普通函数的声明
- 静态函数的声明（static修饰的函数，建议写在.c文件中）
- 宏定义
- 结构体、共用体、枚举常量列表的定义
- 其他头文件包含

**代码复用：**可以将一些通用代码片段（如工具函数）放在单独的文件中，通过包含实现复用。

示例代码：

myhead.h

 extern int global;   // 全局变量的声明extern void func1(); // 普通函数的声明static void func2()  // 静态函数的声明，写在.h中，引用此文件的.c文件直接调用，写在.c文件，只能这个.c文件访问{...}#define max(a,b) ((a) > (b) ? (a) : (b))   // 宏定义struct node          // 结构体定义{..};union attr           // 共用体定义{..  };enum SEX             // 枚举常量列表定义{..  };#include <stdio.h>   // 引入系统头文件#include "myhead2.h" // 引入自定义头文件

注意事项

避免循环包含（如a.h包含b.h，同时b.h又包含a.h）

为防止头文件被重复包含，通常会使用条件编译保护（推荐）：

// 在myheader.h中
#ifndef MYHEADER_H  // _MYHEADER_H,   __MYHEADER_H
#define MYHEADER_H
... 头文件内容
#endif

或者使用#pragma once(非标准但被大多数编译器支持)：

#pragma once
... 头文件内容

多文件开发

myheader.h

/*************************************************************************> File Name:    > Author:       rch> Description:  > Created Time: 2025-08-05 10:51:08************************************************************************/
#ifndef MYHEADER_H
#define MYHEADER_H#include <stdio.h>/*** 求数组的元素累加和*/
extern int sum(const int*, int);#endif

myheader.c

/*************************************************************************> File Name:    > Author:       rch> Description:  > Created Time: 2025-08-05 10:51:08************************************************************************/
#include "myheader.h"/*** 求数组的元素累加和*/
int sum(const int* arr, int len)
{const int *p = arr;int sum = 0;for (; p < arr + len; p++){sum += *p;}return sum;
}

app.c

/*************************************************************************> File Name:    > Author:       rch> Description:  > Created Time: 2025-08-05 10:51:08************************************************************************/
#include "myheader.h"int main(int argc, char **argv[])
{int arr[] = {11,22,33,44,55};int res = sum(arr, sizeof(arr)/sizeof(arr[0]));printf("数组累加和的结果是%d\n", res);return 0;
}

多文件编译命令：
```
gcc app.c myhead.c -o app
```

其他指令(了解)

#line 用于修改当前的行号和文件名（主要用于编译器调试，很少手动使用）。

 #line 100 "test.c"  // 后续代码从行号100开始，文件名标识为test.cprintf("当前行号：%d\n", __LINE__);  // 输出100

#error 在编译阶段当条件满足时抛出错误信息，并终止编译。

 #if VERSION < 1#error "VERSION必须大于等于1"  // 若VERSION<1，编译时会报错并提示此信息#endif

#pragma 用于向编译器传递特定指令（不同编译器支持的#pragma功能不同），例如：
- #pragma once：确保头文件只被包含一次（类似#ifndef的效果）。简单但兼容性稍差
- #pragma pack(n)：设置结构体成员的对齐方式为 n 字节。
- #pragma warning(disable: 1234)：禁用特定警告编号的编译警告。

库文件

什么是库文件

库文件本质上是经过编译后生成的可被计算机执行的二进制代码。但注意库文件不能独立运行，库文件需要加载到内存中才能执行。库文件大量存在于Windows，Linux，MacOS等软件平台上。

库文件的分类

静态库
- windows：xxx.lib
- linux：libxxxx.a
动态库（共享库）
- windows：xxx.dll
- linux：libxxxx.so.major.minor (libmy.so.1.1)

注意：不同的软件平台因编译器、链接器不同，所生成的库文件是不兼容的。

静态库与动态库的区别

静态库链接时，将库中所有内容包含到最终的可执行程序中(程序和库合一)。
动态库链接时，将库中的符号信息包含到最终可执行文件中，在程序运行时，才将动态库中符号的具体实现加载到内存中（程序和库分离）。

静态库与动态库的优缺点

静态库
- 优点：生成的可执行程序不再依赖静态文件
- 缺点：可执行程序体积较大
动态库
- 优点：生成的可执行程序体积小；动态库可被多个应用程序共享
- 缺点：可执行程序运行依然依赖动态库文件

静态库与动态库对比

维度	静态库	动态库
文件体积	较大（库代码被复制）	较小（共享库文件）
部署难度	简单（单文件）	需确保库存在于目标系统
更新维护	需重新编译程序	替换库文件即可
启动速度	稍快（无运行时链接开销）	稍慢（需加载库）
兼容性风险	无	需处理版本冲突（如DLL Hell）

库文件创建

Linux系统下库文件的命名规范：libxxx.a(静态库) libxxxx.so(动态库)

静态库文件的生成

将需要生成库文件对应的源文件（*.c）通过编译（不链接）生成*.o目标文件
用ar命令将生成的*.o打包生成libxxx.a

库的生成

在这里插入图片描述

库的使用

在这里插入图片描述

动态库文件的生成

将需要生成库文件对应的源文件（*.c）通过编译（不链接）生成*.o目标文件
将目标文件链接为*.so文件

库的生成

在这里插入图片描述

库的使用

在这里插入图片描述

注意：如果在代码编译过程或者运行中链接了库文件，系统会到/lib和/usr/lib目录下查找库文件，所以建议直接将库文件放在/lib或者/usr/lib，否则系统可能无法找到库文件，造成编译或者运行错误。

扩展内容

查看应用程序（例如：app）依赖的动态库：

动态库使用方式：

编译时链接动态库，运行时系统自动加载动态库
程序运行时，手动加载动态库

实现：

涉及内容
- 头文件：#include <dlfcn.h>
- 接口函数：dlopen、dlclose、dlsym
- 依赖库：-ldl
- 句柄handler：资源的标识

示例代码：

/*************************************************************************> File Name:    demo06.c> Author:       rch> Description:  ************************************************************************/#include <stdio.h>
#include <dlfcn.h>int main(int argc,char *argv[])
{// 1. 加载动态库 "/lib/libdlfun.so"//    - RTLD_LAZY: 延迟绑定（使用时才解析符号，提高加载速度）//    - 返回 handler 是动态库的句柄，失败时返回 NULLvoid* handler = dlopen("/lib/libdlfun.so", RTLD_LAZY); if (handler == NULL) {// 打印错误信息（dlerror() 返回最后一次 dl 相关错误的字符串）fprintf(stderr, "dlopen 失败: %s\n", dlerror());return -1;}// 2. 从动态库中查找符号 "sum"（函数名）//    - dlsym 返回 void*，需强制转换为函数指针类型  int sum(int *arr, int size);//    - 这里假设 "sum" 是一个接受两个int*,int参数、返回 int 的函数int (*paddr)(int*, int) = (int (*)(int*, int))dlsym(handler, "sum");if (paddr == NULL) {fprintf(stderr, "dlsym 失败: %s\n", dlerror());dlclose(handler);  // 关闭动态库（释放资源）return -1;}// 3. 调用动态库中的函数 "sum"，计算{11,12,13,14,15}的累加和int arr[5] = {11,12,13,14,15};printf("sum=%d\n", paddr(arr, sizeof(arr)/sizeof(arr[0])));// 4. 关闭动态库（释放内存和资源）dlclose(handler);return 0;
}

编译命令
```
gcc demo06.c -ldl
```

在这里插入图片描述

标准I/O

文件基础概念

文件定义

存储在外存储器（磁盘、U盘、移动硬盘等）上的数据集合，是操作系统管理数据的基本单位。

文件操作核心

文件内容的读取（输入操作 Input）
文件内容的写入（输出操作 Output）

文件缓冲机制

系统为文件在内存中创建缓冲区（通常4KB大小）
程序操作实际上是在缓冲区进行
数据像水流一样流动，称为“文件流”
缓冲机制减少了直接访问外存的次数，提高效率

文件分类

文本文件（ASCII文件）
- 以ASCII码形式存储
- 可直接用文本编辑器查看
- 示例：.txt、.c、.h文件
二进制文件
- 以二进制形式存储
- 需要特定程序才能解析
- 示例：.exe、.jpg、.dat文件

文件标识

文件系统中：路径 + 文件名
- Windows示例：D:\edu\test.txt
- Linux示例：/home/user/data.bin
C程序中：文件指针（FILE *类型）
```
FILE *fp;   // 声明文件指针
```

文件操作的基本步骤

打开文件：建立程序与文件的连接
文件处理：读写操作
关闭文件：释放资源

文件打开与关闭

fopen()

说明：打开文件

函数原型：

#include <stdio.h>FILE *fopen(const char *path, const char *mode);

参数详解：

path：文件路径（绝对路径或相对路径）
mode：打开模式
- 基本模式（ASCII模式）：
  - r：只读（文件必须存在）
  - w：只写（有文件打开，无文件创建/清空已有文件）覆盖式写入
  - a：追加（文件不存在则创建）追加式写入
  - r+：读写（文件必须存在）
  - w+：读写（创建新文件/清空已有文件）
  - a+：读/追加（文件不存在则创建）
- 二进制模式：
  - rb、wb、ab等，其实就是基本模式的前提下，加b
- 特殊模式：
  - x：独占模式（与w组合，文件必须不存在）

返回值：

成功：返回文件指针（指向FILE结构体）
失败：返回NULL（需要检查errno）

错误处理示例：

FILE *fp = fopen("data.txt","r");
if(fp == NULL)
{perror("文件打开失败！");// 退出进程exit(EXIT_FAILURE); // exit(1)   程序失败退出
}

fclose()

**说明：**关闭文件

函数原型：

#include <stdio.h>int fclose(FILE *fp);

参数

stream（文件指针）：指向要关闭的 FILE 对象的指针，通常由 fopen() 或类似函数返回。

返回值

成功：返回 0（即 EXIT_SUCCESS）。
失败：返回 EOF（通常是 -1），并设置 errno 指示错误原因（如磁盘已满、文件被占用等）。

注意事项：

必须关闭所有打开的文件
程序退出时未关闭的文件可能丢失数据
多次关闭同一文件指针会导致未定义行为

完整示例：

文件顺序读写

单字符读写

fgetc()

**说明：**单字符的读取

函数原型：

int fgetc(FILE *fp);

参数说明：

fp：待操作的文件指针

返回值：

成功：返回字符的ASCII码
失败：或者文件末尾返回EOF（-1）

fputc()

**说明：**单字符的写出

函数原型：

int fputc(int c, FILE *fp);

参数说明：

c：待写出的字符的ASCII码
fp：待操作的文件指针

返回值：

成功：返回写入的字符的ASCII码
失败：返回EOF（-1）

案例：文件拷贝（字符版）

#include <stdio.h>int main(int argc, char const *argv[])
{if(argc != 3){printf("用法：%s 源文件 目标文件\n", argv[0]);return 1;}// 打开待操作的文件FILE *src = fopen(argv[1], "r");FILE *dst = fopen(argv[2], "w");// 非空校验if(!src || !dst){perror("文件打开失败！\n");return 1;}// 读写文件（实现文件数据的拷贝）int ch;while((ch = fgetc(src)) != EOF)// 循环的读取   -1{// 循环的写入fputc(ch, dst);}// 给文件末添加换行fputc('\n',dst);// 关闭文件fclose(src);fclose(dst);return 0;
}

行读写（多字符读写）

fgets()

**说明：**读取字符串（字符数组）

函数原型：

#include <stdio.h>char* fgets(char *buf, int size, FILE *fp);

功能描述：

从指定的文件流（fp）中读取一行字符串（以 \n 结尾），并将其存储到缓冲区 buf 中。

读取的字符数最多为 size - 1（保留一个位置给 \0）。
如果遇到 换行符 \n 或 文件结束符 EOF，则停止读取。
读取的字符串末尾会自动添加 \0（空字符），使其成为合法的 C 字符串。

参数：

buf（缓冲区）：用于存储读取数据的字符数组（必须足够大）。
size（最大读取长度）：最多读取 size - 1 个字符（防止缓冲区溢出）。
fp（文件指针）：要读取的文件流（如 stdin、fopen() 返回的指针等）。

返回值

成功：返回 buf 的指针（即读取的字符串）。
失败或到达文件末尾（EOF）：返回 NULL。

fputs()

**说明：**写入字符串

函数原型：

int fputs(const char *str, FILE *fp);

功能描述：

将字符串 str 写入到指定的文件流 fp 中。

不自动添加换行符：与 puts() 不同，fputs 不会在末尾自动添加 \n。
遇到 \0 停止：写入过程遇到字符串结束符 \0 时终止（\0 本身不会被写入）。

参数：

str：要写入的字符串（必须以 \0 结尾）。
fp：目标文件流（如 stdout、文件指针等）。

返回值：

成功：返回一个非负整数（通常是 0 或写入的字符数）。
失败：返回 EOF（-1），并设置 errno 指示错误原因（如磁盘已满、文件不可写等）。

案例：文件拷贝（行处理）

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>#define MAX_LEN 256int main(int argc, char const *argv[])
{// 打开目标文件FILE *src = fopen("data.txt", "r");FILE *dst = fopen("data_cpy.txt","w");if(!src || !dst){perror("文件打开失败！");exit(1);}// 创建一个char数组， 用来存放待写入的字符串数据char line[MAX_LEN];// 循环的读取数据while(fgets(line, MAX_LEN, src)) // 从fp读取MAX_LEN个字节的数据到len数组中{// 去除换行符line[strcspn(line,"\n")] = '\0';printf("读取行：%s\n", line);// 写入数据到文件if(fputs(line, dst) < 0){perror("文件写入失败！");return 1;}}// 关闭文件fclose(src);fclose(dst);return 0;
}