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15、C语言预处理知识点总结

news 2025/8/15 10:02:09

一、程序编译过程

C 语言程序从源码到可执行文件需经历预处理、编译、汇编、链接四个阶段，其中预处理是整个过程的第一步，由预处理器（cpp）完成对以#开头的预处理指令的处理。

1. 各阶段详解

阶段	工具 / 命令	输入文件	输出文件	核心操作
预处理	cpp（或gcc -E）	.c	.i	处理#指令（如#include、#define），展开头文件、替换宏、去除注释、条件编译。
编译	cc1（或gcc -S）	.i	.s	将预处理后的源码转换为汇编语言。
汇编	as（或gcc -c）	.s	.o	将汇编代码转换为二进制目标文件（机器码）。
链接	ld（或gcc无选项）	.o	可执行文件	将多个目标文件及库文件合并，解析符号引用，生成可执行文件。

2. 关键说明

预处理仅进行文本级操作（替换、复制），不涉及语法检查。
各阶段可通过gcc选项单独执行（如gcc main.c -o main.i -E仅进行预处理）。
目标文件（.o）和可执行文件为二进制格式，需专用工具（如 WinHex）查看。

二、宏定义（#define）

宏定义是预处理的核心功能，用于将特定标识符（宏名）替换为指定文本，分为无参宏和带参宏，本质是 “文本替换”。

1. 无参宏

定义：#define 宏名替换文本（替换文本可省略，即 “无值宏”）。
作用：用有意义的标识符代替常量、表达式等，提高代码可读性和可维护性。
示例：

#define PI 3.1415926 // 替换文本为常量

#define SCREEN_SIZE 800*480 // 替换文本为表达式

#define DEBUG // 无值宏（仅用于判断是否定义）

系统常见无参宏：NULL（(void*)0）、EOF（-1）等，定义于标准头文件中。

2. 带参宏

定义：#define 宏名(参数列表) 替换文本，形式类似函数，但仅做文本替换。
作用：实现简单逻辑的 “函数”，避免函数调用的开销（原地展开）。
示例：

// 求两数最大值（注意括号避免优先级问题）

#define MAX(A, B) ((A) > (B) ? (A) : (B))

// 多语句宏（用\连接多行）

#define PRINT_STATUS(stat) \

printf("状态："); \

switch(stat) { case 0: printf("停止"); break; }

注意事项：
- 替换文本中所有参数和表达式需加括号，避免因运算符优先级导致错误（如MAX(a+1, b)若不加括号可能展开为a+1 > b ? a+1 : b，逻辑错误）。
- 宏不进行类型检查，参数类型需由用户保证一致。

3. 宏的符号粘贴

##运算符：用于将宏参数与其他文本拼接为一个标识符。

// 拼接标识符：__zinitcall_layer_num

#define LAYER_INITCALL(layer, num) __zinitcall_##layer##_##num

LAYER_INITCALL(service, 1)(); // 展开为__zinitcall_service_1();

#运算符：将宏参数转换为字符串。

// 拼接为字符串："www.name.domain.com"

#define DOMAIN(name, domain) "www."#name"."#domain".com"

printf("%s", DOMAIN(yueqian, gec)); // 输出"www.yueqian.gec.com"

4. 宏与函数的区别

特性	宏（#define）	函数
处理阶段	预处理（文本替换）	编译（生成机器码）
类型检查	无	有（参数、返回值类型严格检查）
开销	无调用开销（原地展开）	有函数调用 / 返回开销
适用场景	简单逻辑（如求最值、短表达式）	复杂逻辑、需复用或类型安全的场景

三、条件编译

条件编译通过判断宏的定义或值，决定某段代码是否参与编译，用于控制代码的选择性编译（如调试、跨平台适配）。

1. 常用条件编译指令

指令组合	功能说明
#if 表达式 #endif	若表达式为真（非 0），编译中间代码。
#if 表达式 #elif 表达式 #endif	多分支判断，类似if-else if。
#ifdef 宏名 #endif	若宏已定义，编译中间代码。
#ifndef 宏名 #endif	若宏未定义，编译中间代码（常用于防止头文件重复包含）。
#else	与上述指令配合，表示 “否则” 分支。

2. 典型应用

调试代码控制：通过-D编译选项定义DEBUG宏，控制调试信息输出。

// 源码

int main() {

int num = 100;

#ifdef DEBUG // 仅当定义DEBUG时编译

printf("调试：num = %d\n", num);

#endif

return 0;

}

// 编译：gcc main.c -o main -DDEBUG（定义DEBUG，保留调试代码）

跨平台适配：根据不同系统定义的宏（如__linux__、_WIN32）编译适配代码。

#if defined(__linux__)

printf("Linux系统\n");

#elif defined(_WIN32)

printf("Windows系统\n");

#else

printf("未知系统\n");

#endif

防止头文件重复包含：通过#ifndef确保头文件仅被编译一次。

// my.h

#ifndef __MY_H__ // 若未定义__MY_H__

#define __MY_H__ // 定义宏，标记已包含

// 头文件内容（如类型定义、函数声明）

typedef int MyInt;

#endif // 结束条件编译

四、头文件（#include）

头文件用于存放多个源码文件共享的公共资源（如宏、类型定义、函数声明），通过#include指令引入，本质是 “将头文件内容复制到源码中”。

1. 头文件的作用

避免重复编写公共代码（如多个.c文件都需要的结构体定义、函数声明）。
实现代码模块化（分离声明与实现，便于多人协作）。

2. 头文件的格式与内容

标准格式：必须包含 “防止重复包含” 的条件编译指令。

// 文件名：my_header.h

#ifndef __MY_HEADER_H__ // 宏名通常为“__文件名大写_H__”

#define __MY_HEADER_H__

// 1. 包含其他头文件

#include <stdio.h>

#include "other_header.h"

// 2. 宏定义

#define MAX_LEN 1024

// 3. 自定义类型（结构体、枚举等）

typedef struct {

int id;

char name[20];

} Student;

// 4. 函数声明

extern void print_stu(Student s); // 声明在其他.c文件中定义的函数

// 5. 全局变量声明（需用extern）

extern int g_total;

#endif // __MY_HEADER_H__

禁止存放的内容：普通函数定义、全局变量定义（会导致多文件链接时 “重复定义” 错误）。

3. 头文件的引用方式

#include <头文件名>：用于引用系统标准头文件（如stdio.h），编译器从系统标准路径（如/usr/include）搜索。
#include "头文件名"：用于引用自定义头文件，编译器先从当前目录搜索，再搜索系统路径。
指定头文件路径：若自定义头文件不在当前目录，编译时需用-I选项指定路径。

# 头文件位于./inc目录，编译时指定路径

gcc main.c -o main -I ./inc

五、其他预处理指令

指令	功能说明
#undef 宏名	取消已定义的宏（后续宏不再生效）。
#error 信息	预处理时输出错误信息并终止编译（用于检查宏定义是否正确）。
#line 行号 "文件名"	修改当前源码的行号和文件名（用于调试，影响编译器报错时的行号显示）。
#pragma	向编译器传递特定指令（如#pragma pack(1)设置内存对齐方式，因编译器而异）。