预处理命令详解

电玩女神 2024-04-19 13:57 60阅读 0赞

预处理过程扫描源代码，对其进行初步的转换，产生新的源代码提供给编译器。可见预处理过程先于编译器对源代码进行处理。

在C语言中，并没有任何内在的机制来完成如下一些功能：在编译时包含其他源文件、定义宏、根据条件决定编译时是否包含某些代码。要完成这些工作，就 需要使用预处理程序。尽管在目前绝大多数编译器都包含了预处理程序，但通常认为它们是独立于编译器的。预处理过程读入源代码，检查包含预处理指令的语句和 宏定义，并对源代码进行响应的转换。预处理过程还会删除程序中的注释和多余的空白字符。

预处理指令是以\#号开头的代码行。\#号必须是该行除了任何空白字符外的第一个字符。\#后是指令关键字，在关键字和\#号之间允许存在任意个数的空白字符。整行语句构成了一条预处理指令，该指令将在编译器进行编译之前对源代码做某些转换。下面是部分预处理指令：  
  
**指令用途**

\#空指令，无任何效果  
\#include包含一个源代码文件  
\#define定义宏  
\#undef取消已定义的宏  
\#if如果给定条件为真，则编译下面代码  
\#ifdef如果宏已经定义，则编译下面代码  
\#ifndef如果宏没有定义，则编译下面代码  
\#elif如果前面的\#if给定条件不为真，当前条件为真，则编译下面代码  
\#endif结束一个\#if……\#else条件编译块  
\#error停止编译并显示错误信息  
  
**一、文件包含**   
\#include预处理指令的作用是在指令处展开被包含的文件。包含可以是多重的，也就是说一个被包含的文件中还可以包含其他文件。标准C编译器至少支持八重嵌套包含。

预处理过程不检查在转换单元中是否已经包含了某个文件并阻止对它的多次包含。这样就可以在多次包含同一个头文件时，通过给定编译时的条件来达到不同的效果。例如：  
  
\#defineAAA  
\#include"t.c"  
\#undefAAA  
\#include"t.c"  
  
为了避免那些只能包含一次的头文件被多次包含，可以在头文件中用编译时条件来进行控制。例如：  
/\*my.h\*/  
\#ifndefMY\_H  
\#defineMY\_H  
……  
\#endif  
  
在程序中包含头文件有两种格式：  
\#include<my.h>  
\#include"my.h"  
第 一种方法是用尖括号把头文件括起来。这种格式告诉预处理程序在编译器自带的或外部库的头文件中搜索被包含的头文件。第二种方法是用双引号把头文件括起来。 这种格式告诉预处理程序在当前被编译的应用程序的源代码文件中搜索被包含的头文件，如果找不到，再搜索编译器自带的头文件。

采用两种不同包含格式的理由在于，编译器是安装在公共子目录下的，而被编译的应用程序是在它们自己的私有子目录下的。一个应用程序既包含编译器提供的公共头文件，也包含自定义的私有头文件。采用两种不同的包含格式使得编译器能够在很多头文件中区别出一组公共的头文件。  
  
**二、宏**   
宏 定义了一个代表特定内容的标识符。预处理过程会把源代码中出现的宏标识符替换成宏定义时的值。宏最常见的用法是定义代表某个值的全局符号。宏的第二种用法 是定义带参数的宏，这样的宏可以象函数一样被调用，但它是在调用语句处展开宏，并用调用时的实际参数来代替定义中的形式参数。

**1.\#define指令**   
\#define预处理指令是用来定义宏的。该指令最简单的格式是：首先神明一个标识符，然后给出这个标识符代表的代码。在后面的源代码中，就用这些代码来替代该标识符。这种宏把程序中要用到的一些全局值提取出来，赋给一些记忆标识符。  
\#defineMAX\_NUM10  
intarray\[MAX\_NUM\];  
for(i=0;i<MAX\_NUM;i++)/\*……\*/  
  
在 这个例子中，对于阅读该程序的人来说，符号MAX\_NUM就有特定的含义，它代表的值给出了数组所能容纳的最大元素数目。程序中可以多次使用这个值。作为 一种约定，习惯上总是全部用大写字母来定义宏，这样易于把程序红的宏标识符和一般变量标识符区别开来。如果想要改变数组的大小，只需要更改宏定义并重新编 译程序即可。  
宏表示的值可以是一个常量表达式，其中允许包括前面已经定义的宏标识符。例如：  
\#defineONE1  
\#defineTWO2  
\#defineTHREE(ONE+TWO)  
注意上面的宏定义使用了括号。尽管它们并不是必须的。但出于谨慎考虑，还是应该加上括号的。例如：  
six=THREE\*TWO;  
预处理过程把上面的一行代码转换成：  
six=(ONE+TWO)\*TWO;  
如果没有那个括号，就转换成six=ONE+TWO\*TWO;了。  
宏还可以代表一个字符串常量，例如：  
\#defineVERSION"Version1.0Copyright(c)2003"

**2.带参数的\#define指令**   
带参数的宏和函数调用看起来有些相似。看一个例子：  
\#defineCube(x)(x)\*(x)\*(x)  
可以时任何数字表达式甚至函数调用来代替参数x。这里再次提醒大家注意括号的使用。宏展开后完全包含在一对括号中，而且参数也包含在括号中，这样就保证了宏和参数的完整性。看一个用法：  
intnum=8+2;  
volume=Cube(num);  
展开后为(8+2)\*(8+2)\*(8+2);  
如果没有那些括号就变为8+2\*8+2\*8+2了。  
下面的用法是不安全的：  
volume=Cube(num++);  
如果Cube是一个函数，上面的写法是可以理解的。但是，因为Cube是一个宏，所以会产生副作用。这里的擦书不是简单的表达式，它们将产生意想不到的结果。它们展开后是这样的：  
volume=(num++)\*(num++)\*(num++);  
很显然，结果是10\*11\*12,而不是10\*10\*10;  
那么怎样安全的使用Cube宏呢？必须把可能产生副作用的操作移到宏调用的外面进行：  
intnum=8+2;  
volume=Cube(num);  
num++;

**3.\#运算符**   
出现在宏定义中的\#运算符把跟在其后的参数转换成一个字符串。有时把这种用法的\#称为字符串化运算符。例如：  
  
\#definePASTE(n)"adhfkj"\#n  
  
main()  
\{  
printf("%s/n",PASTE(15));  
\}  
宏定义中的\#运算符告诉预处理程序，把源代码中任何传递给该宏的参数转换成一个字符串。所以输出应该是adhfkj15。

**4.\#\#运算符**   
\#\#运算符用于把参数连接到一起。预处理程序把出现在\#\#两侧的参数合并成一个符号。看下面的例子：  
  
\#defineNUM(a,b,c)a\#\#b\#\#c  
\#defineSTR(a,b,c)a\#\#b\#\#c  
  
main()  
\{  
printf("%d/n",NUM(1,2,3));  
printf("%s/n",STR("aa","bb","cc"));  
\}  
  
最后程序的输出为:  
123  
aabbcc  
千万别担心，除非需要或者宏的用法恰好和手头的工作相关，否则很少有程序员会知道\#\#运算符。绝大多数程序员从来没用过它。  
  
**三、条件编译指令**

条件编译指令将决定那些代码被编译，而哪些是不被编译的。可以根据表达式的值或者某个特定的宏是否被定义来确定编译条件。

**1.\#if指令**   
\#if指令检测跟在制造另关键字后的常量表达式。如果表达式为真，则编译后面的代码，知道出现\#else、\#elif或\#endif为止；否则就不编译。

**2.\#endif指令**   
\#endif用于终止\#if预处理指令。  
  
\#defineDEBUG0  
main()  
\{  
\#ifDEBUG  
printf("Debugging/n");  
\#endif  
printf("Running/n");  
\}  
  
由于程序定义DEBUG宏代表0，所以\#if条件为假，不编译后面的代码直到\#endif，所以程序直接输出Running。  
如果去掉\#define语句，效果是一样的。

**3.\#ifdef和\#ifndef**   
\#defineDEBUG  
  
main()  
\{  
\#ifdefDEBUG  
printf("yes/n");  
\#endif  
\#ifndefDEBUG  
printf("no/n");  
\#endif  
\}  
\#ifdefined等价于\#ifdef;\#if!defined等价于\#ifndef

**4.\#else指令**   
\#else指令用于某个\#if指令之后，当前面的\#if指令的条件不为真时，就编译\#else后面的代码。\#endif指令将中指上面的条件块。  
  
\#defineDEBUG  
  
main()  
\{  
\#ifdefDEBUG  
printf("Debugging/n");  
\#else  
printf("Notdebugging/n");  
\#endif  
printf("Running/n");  
\}  
  
**5.\#elif指令**   
\#elif预处理指令综合了\#else和\#if指令的作用。  
  
\#defineTWO  
  
main()  
\{  
\#ifdefONE  
printf("1/n");  
\#elifdefinedTWO  
printf("2/n");  
\#else  
printf("3/n");  
\#endif  
\}  
程序很好理解，最后输出结果是2。

**6.** **\#error指令**

**\#error指令将使编译器显示一条错误信息，然后停止编译。**

**\#error message **：编译器遇到此命令时停止编译，并将参数message输出。该命令常用于程序调试。

\#error指令 语法格式如下：   
\#error token-sequence

编译程序时，只要遇到 \#error 就会跳出一个编译错误，既然是编译错误，要它干嘛呢？其目的就是保证程序是按照你所设想的那样进行编译的。  
  
下面举个例子：  
程序中往往有很多的预处理指令  
\#ifdef XXX  
...  
\#else  
  
\#endif  
  
当程序比较大时，往往有些宏定义是在外部指定的（如makefile），或是在系统头文件中指定的，当你不太确定当前是否定义了 XXX 时，就可以改成如下这样进行编译：  
  
\#ifdef XXX  
...  
\#error "XXX has been defined"  
  
\#else  
  
\#endif  
  
这样,如果编译时出现错误,输出了XXX has been defined,表明宏XXX已经被定义了。

其实就是在编译的时候输出编译错误信息token-sequence，从方便程序员检查程序中出现的错误。   
  
简单的例子   
\#include "stdio.h"   
int main(int argc, char\* argv\[\])   
\{   
\#define CONST\_NAME1 "CONST\_NAME1"   
printf("%s/n",CONST\_NAME1);   
\#undef CONST\_NAME1   
\#ifndef CONST\_NAME1   
\#error No defined Constant Symbol CONST\_NAME1   
\#endif   
......   
  
return 0;   
\}   
在编译的时候输出如编译信息   
fatal error C1189: \#error : No defined Constant Symbol CONST\_NAME1

**7.\#pragma指令**   
\#pragma指令没有正式的定义。编译器可以自定义其用途。典型的用法是禁止或允许某些烦人的警告信息。

在所有的预处理指令中，\#pragma 指令可能是最复杂的了，它的作用是设定编译器的状态或者是指示编译器完成一些特定的动作。  
\#pragma指令对每个编译器给出了一个方法,在保持与C和C++语言完全兼容的情况下,给出主机或操作系统专有的特征。  
依据定义,编译指示是机器或操作系统专有的,且对于每个编译器都是不同的。    
    其格式一般为: \#pragma  para    
    其中para为参数，下面来看一些常用的参数。

(1)message 参数

message参数是我最喜欢的一个参数，它能够在编译信息输出窗口中输出相应的信息，  
这对于源代码信息的控制是非常重要的。其使用方法为：    
    \#pragma  message("消息文本")    
    当编译器遇到这条指令时就在编译输出窗口中将消息文本打印出来。    
    当我们在程序中定义了许多宏来控制源代码版本的时候，我们自己有可能都会忘记有没有正确的设置这些宏，  
此时我们可以用这条指令在编译的时候就进行检查。假设我们希望判断自己有没有在源代码的什么地方定义了\_X86这个宏,  
可以用下面的方法:  
    \#ifdef  \_X86    
    \#pragma  message("\_X86  macro  activated!")    
    \#endif    
    我们定义了\_X86这个宏以后，应用程序在编译时就会在编译输出窗口里显示"\_86  macro  activated!"。  
我们就不会因为不记得自己定义的一些特定的宏而抓耳挠腮了。

(2)另一个使用得比较多的pragma参数是code\_seg

格式如：    
    \#pragma  code\_seg( \["section-name" \[, "section-class"\] \] )    
    它能够设置程序中函数代码存放的代码段，当我们开发驱动程序的时候就会使用到它。

(3)\#pragma once  (比较常用)

**只要在头文件的最开始加入这条指令就能够保证头文件被编译一次**，这条指令实际上在VC6中就已经有了，  
但是考虑到兼容性并没有太多的使用它。

(4)\#pragma  hdrstop

表示预编译头文件到此为止，后面的头文件不进行预编译。BCB可以预编译头文件以加快链接的速度，  
但如果所有头文件都进行预编译又可能占太多磁盘空间，所以使用这个选项排除一些头文件。      
    有时单元之间有依赖关系，比如单元A依赖单元B，所以单元B要先于单元A编译。  
你可以用\#pragma  startup指定编译优先级，如果使用了\#pragma  package(smart\_init)，  
BCB就会根据优先级的大小先后编译。

(5)\#pragma  resource  "\*.dfm"

表示把\*.dfm文件中的资源加入工程。\*.dfm中包括窗体    
外观的定义。

(6)**\#pragma  warning( disable: 4507 34; once: 4385; error: 164 )**  
    
    等价于：    
    \#pragma  warning( disable: 4507 34 )    //  不显示4507和34号警告信息    
    \#pragma  warning( once: 4385 )          //  4385号警告信息仅报告一次    
    \#pragma  warning( error: 164 )          //  把164号警告信息作为一个错误。

同时这个pragma  warning  也支持如下格式：    
    \#pragma  warning( push \[, n \] )    
    \#pragma  warning( pop )    
    这里n代表一个警告等级(1---4)。    
    \#pragma  warning( push )保存所有警告信息的现有的警告状态。    
    \#pragma  warning( push, n )保存所有警告信息的现有的警告状态，并且把全局警告等级设定为n。      
    \#pragma  warning( pop )向栈中弹出最后一个警告信息，在入栈和出栈之间所作的一切改动取消。例如：    
    \#pragma  warning( push )    
    \#pragma  warning( disable: 4705 )    
    \#pragma  warning( disable: 4706 )    
    \#pragma  warning( disable: 4707 )    
    //.......    
    \#pragma  warning(  pop  )      
    在这段代码的最后，重新保存所有的警告信息(包括4705，4706和4707)。

(7)**\#pragma  comment(...) **

该指令将一个注释记录放入一个对象文件或可执行文件中。    
常用的lib关键字，可以帮我们连入一个库文件。如：  
    \#pragma  comment(lib, "comctl32.lib")  
    \#pragma  comment(lib, "vfw32.lib")  
    \#pragma  comment(lib, "wsock32.lib")  
   
     
     
每个编译程序可以用\#pragma指令激活或终止该编译程序支持的一些编译功能。

例如，对循环优化功能：    
\#pragma  loop\_opt(on)     //  激活    
\#pragma  loop\_opt(off)    //  终止

有时，程序中会有些函数会使编译器发出你熟知而想忽略的警告，  
如“Parameter  xxx  is  never  used  in  function  xxx”，可以这样：    
\#pragma  warn  —100         //  Turn  off  the  warning  message  for  warning  \#100    
int  insert\_record(REC  \*r)    
\{  /\*  function  body  \*/  \}    
\#pragma  warn  +100          //  Turn  the  warning  message  for  warning  \#100  back  on    
函数会产生一条有唯一特征码100的警告信息，如此可暂时终止该警告。

每个编译器对\#pragma的实现不同，在一个编译器中有效在别的编译器中几乎无效。可从编译器的文档中查看。

补充 —— \#pragma pack 与 内存对齐问题

许多实际的计算机系统对基本类型数据在内存中存放的位置有限制，它们会要求这些数据的首地址的值是某个数k  
(通常它为4或8)的倍数，这就是所谓的内存对齐，而这个k则被称为该数据类型的对齐模数(alignment modulus)。

Win32平台下的微软C编译器(cl.exe for 80x86)在默认情况下采用如下的对齐规则:   
    任何基本数据类型T的对齐模数就是T的大小，即sizeof(T)。比如对于double类型(8字节)，  
就要求该类型数据的地址总是8的倍数，而char类型数据(1字节)则可以从任何一个地址开始。

Linux下的GCC奉行的是另外一套规则(在资料中查得，并未验证，如错误请指正):  
    任何2字节大小(包括单字节吗?)的数据类型(比如short)的对齐模数是2，而其它所有超过2字节的数据类型  
(比如long,double)都以4为对齐模数。

ANSI C规定一种结构类型的大小是它所有字段的大小以及字段之间或字段尾部的填充区大小之和。  
填充区就是为了使结构体字段满足内存对齐要求而额外分配给结构体的空间。那么结构体本身有什么对齐要求吗？  
有的，ANSI C标准规定结构体类型的对齐要求不能比它所有字段中要求最严格的那个宽松，可以更严格。

如何使用c/c++中的对齐选项

vc6中的编译选项有 /Zp\[1|2|4|8|16\] ，/Zp1表示以1字节边界对齐，相应的，/Zpn表示以n字节边界对齐。  
n字节边界对齐的意思是说，一个成员的地址必须安排在成员的尺寸的整数倍地址上或者是n的整数倍地址上，取它们中的最小值。  
也就是：  
    min ( sizeof ( member ),  n)

实际上，1字节边界对齐也就表示了结构成员之间没有空洞。  
    /Zpn选项是应用于整个工程的，影响所有的参与编译的结构。  
    要使用这个选项，可以在vc6中打开工程属性页，c/c++页，选择Code Generation分类，在Struct member alignment可以选择。

要专门针对某些结构定义使用对齐选项，可以使用\#pragma pack编译指令:

(1) **\#pragma  pack( \[ n \] )**

该指令指定结构和联合成员的紧凑对齐。而一个完整的转换单元的结构和联合的紧凑对齐由/Zp 选项设置。  
紧凑对齐用pack编译指示在数据说明层设置。该编译指示在其出现后的第一个结构或联合说明处生效。  
该编译指示对定义无效。  
    当你使用\#pragma  pack ( n ) 时, 这里n 为1、2、4、8 或16。  
    第一个结构成员之后的每个结构成员都被存储在更小的成员类型或n 字节界限内。  
如果你使用无参量的\#pragma  pack, 结构成员被紧凑为以/Zp 指定的值。该缺省/Zp 紧凑值为/Zp8 。

(2) 编译器也支持以下增强型语法:  
    \#pragma  pack( \[ \[ \{ push | pop \} , \] \[ identifier, \] \] \[ n\] )

若不同的组件使用pack编译指示指定不同的紧凑对齐, 这个语法允许你把程序组件组合为一个单独的转换单元。  
带push参量的pack编译指示的每次出现将当前的紧凑对齐存储到一个内部编译器堆栈中。  
    编译指示的参量表从左到右读取。如果你使用push, 则当前紧凑值被存储起来;   
如果你给出一个n 的值, 该值将成为新的紧凑值。若你指定一个标识符, 即你选定一个名称,   
则该标识符将和这个新的的紧凑值联系起来。

带一个pop参量的pack编译指示的每次出现都会检索内部编译器堆栈顶的值,并且使该值为新的紧凑对齐值。  
如果你使用pop参量且内部编译器堆栈是空的,则紧凑值为命令行给定的值, 并且将产生一个警告信息。  
若你使用pop且指定一个n的值, 该值将成为新的紧凑值。若你使用p o p 且指定一个标识符,   
所有存储在堆栈中的值将从栈中删除, 直到找到一个匹配的标识符, 这个与标识符相关的紧凑值也从栈中移出,   
并且这个仅在标识符入栈之前存在的紧凑值成为新的紧凑值。如果未找到匹配的标识符,   
将使用命令行设置的紧凑值, 并且将产生一个一级警告。缺省紧凑对齐为8 。

pack编译指示的新的增强功能让你编写头文件, 确保在遇到该头文件的前后的  
紧凑值是一样的。

(3) 栈内存对齐

在vc6中栈的对齐方式不受结构成员对齐选项的影响。它总是保持对齐，而且对齐在4字节边界上。

**8.\#line指令**

\#line指令可以改变编译器用来指出警告和错误信息的文件号和行号。

**补充：**

预处理就是在进行编译的第一遍词法扫描和语法分析之前所作的工作。说白了，就是对源文件进行编译前，先对预处理部分进行处理，然后对处理后的代码进行编译。这样做的好处是，经过处理后的代码，将会变的很精短。  
关于预处理命令中的文件包含（\#include），宏定义（\#define），书上已经有了详细的说明，在这里就不详述了。这里主要是对条件编译（\#ifdef,\#else,\#endif,\#if等）进行说明。以下分3种情况：

**1：情况1：**   
\#ifdef \_XXXX  
...程序段1...  
\#else  
...程序段2...  
\#endif  
这表明如果标识符\_XXXX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。

例：   
\#define NUM  
.............  
.............  
.............  
\#ifdef NUM  
printf("之前NUM有过定义啦！:) /n");  
\#else  
printf("之前NUM没有过定义！:( /n");  
\#endif  
\}  
如果程序开头有\#define NUM这行，即NUM有定义，碰到下面\#ifdef NUM的时候，当然执行第一个printf。否则第二个printf将被执行。  
我认为，用这种，可以很方便的开启/关闭整个程序的某项特定功能。

**2:情况2：**   
\#ifndef \_XXXX   
...程序段1...   
\#else   
...程序段2...   
\#endif  
这里使用了\#ifndef，表示的是if not def。当然是和\#ifdef相反的状况（如果没有定义了标识符\_XXXX，那么执行程序段1，否则执行程序段2）。例子就不举了。

**3：情况3：**   
\#if 常量   
...程序段1...  
\#else  
...程序段2...  
\#endif   
这里表示，如果常量为真（非0，随便什么数字，只要不是0），就执行程序段1，否则执行程序段2。  
我认为，这种方法可以将测试代码加进来。当需要开启测试的时候，只要将常量变1就好了。而不要测试的时候，只要将常量变0。

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