C語言複習整理(十三)——編譯預處理、宏定義

2020-08-08 20:19:41

編譯預處理
檔案包含命令是#include開頭的編譯與處理命令,檔案包含是指一個原始檔可以將另一個原始檔的全部內容包含進來。
一般有以下兩種形式:
#include 「檔名」
#include <檔名>
(1)使用雙引號。系統首先到當前目錄下查詢被包含檔案,並將其內容複製到#include命令出現的位置上,使其全部內容稱爲源程式清單的一部分。
(2)使用尖括號。直接到系統指令的「包含檔案目錄」去查詢。

宏定義#define
#define命令是C語言中的一個宏定義命令,它用來將一個識別符號定義爲一個字串,該識別符號被稱爲宏名,被定義的字串稱爲替換文字。
使用宏定義的目的是爲程式設計師在程式設計時提供一定的方便,並能在一定程度上提高程式的執行效率。
該命令有兩種格式:一種是簡單的宏定義,另一種是帶參數的宏定義。

不帶參數的宏定義的一般形式如下:
#define 識別符號 字串
例: #define PI 3.1415926

帶參數的宏定義:
#define <宏名> (<參數表>) <宏體>
例: #define A(x) x

一個識別符號被宏定義後,該識別符號便是一個宏名。這時,在程式中出現的是宏名,在該程式被編譯前,先將宏名用被定義的字串替換,這稱爲宏替換,替換後才進行編譯,宏替換是簡單的替換。

爲了能夠真正理解#define的作用,讓我們來了解一下對C語言源程式的處理過程。當我們在一個整合的開發環境將編寫好的源程式進行編譯時,實際經過了預處理、編譯、彙編和連線幾個過程。其中前處理器產生編譯器的輸出,它實現以下的功能:
(1)檔案包含
可以把源程式中的#include擴充套件爲檔案正文,即把包含的.h檔案找到並展開到#include所在處。
(2)條件編譯
前處理器根據#if和#ifdef等編譯命令及其後的條件,將源程式中的某部分包含進來或排除在外,通常把排除在外的語句轉換成空行。
(3)宏展開
前處理器將源程式檔案中出現的對宏的參照展開成相應的宏 定義,即本文所說的#define的功能,由前處理器來完成。
經過前處理器處理的源程式與之前的源程式有所有不同,在這個階段所進行的工作只是純粹的替換與展開,沒有任何計算功能,所以在學習#define命令時只要能真正理解這一點,這樣纔不會對此命令引起誤解並誤用。

在簡單宏定義的使用中,當替換文字所表示的字串爲一個表達式時,容易引起誤解和誤用。

1#define N 2+2
void main()
{
   int a=N*N;
   printf(%d」,a);
}
/*運算過程是,先將N都替換成2+2,即a=2+2*2+2=2+4+2=8,而不是(2+2)*(2+2)=16*/2#define N (2+2)
void main()
{
   int a=N*N;
   printf(%d」,a);
}
/*運算過程是,先將N都替換成(2+2),即a(2+2)*(2+2)=16*/

在帶參數的宏定義的使用中,極易引起誤解。例如我們需要做個宏替換能求任何數的平方,這就需要使用參數,以便在程式中用實際參數來替換宏定義中的參數。一般學生容易寫成如下形式:

#define area(x) x*x
/*這在使用中是很容易出現問題的,看如下的程式*/
void main()
{
    int y = area(2+2);
    printf(%d」,y);
}

按理說給的參數是2+2,所得的結果應該爲44=16,但是錯了,因爲該程式的實際結果爲8,仍然是沒遵循純粹的簡單替換的規則,又是先計算再替換 了,在這道程式裡,2+2即爲area宏中的參數,應該由它來替換宏定義中的x,即替換成2+22+2=8了。那如果遵循(1)中的解決辦法,把2+2 括起來,即把宏體中的x括起來,是否可以呢?#define area(x) (x)(x),對於area(2+2),替換爲(2+2)(2+2)=16,可以解決,但是對於area(2+2)/area(2+2)又會怎麼樣呢,有的學生一看到這道題馬上給出結果,因爲分子分母一樣,又錯了,還是忘了遵循先替換再計算的規則了,這道題替換後會變爲 (2+2)(2+2)/(2+2)(2+2)即44/44按照乘除運算規則,結果爲16/44=44=16,那應該怎麼呢?解決方法是在整個宏體上再加一個括號,即#define area(x) ((x)*(x)),不要覺得這沒必要,沒有它,是不行的。
要想能夠真正使用好宏定義,那麼在讀別人的程式時,一定要記住先將程式中對宏的使用全部替換成它所代表的字串,不要自作主張地新增任何其他符號,完全展開後再進行相應的計算,就不會寫錯執行結果。
如果是自己程式設計使用宏替換,則在使用簡單宏定義時,當字串中不只一個符號時,加上括號表現出優先順序,如果是帶參數的宏定義,則要給宏體中的每個參數加上括號,並在整個宏體上再加一個括號。

宏定義的優點
(1) 方便程式的修改
使用簡單宏定義可用宏代替一個在程式中經常使用的常數,這樣在將該常數改變時,不用對整個程式進行修改,只修改宏定義的字串即可,而且當常數比較長時, 我們可以用較短的有意義的識別符號來寫程式,這樣更方便一些。我們所說的常數改變不是在程式執行期間改變,而是在程式設計期間的修改,舉一個大家比較熟悉的例子,圓周率π是在數學上常用的一個值,有時我們會用3.14來表示,有時也會用3.1415926等,這要看計算所需要的精度,如果我們編制 編製的一個程式中 要多次使用它,那麼需要確定一個數值,在本次執行中不改變,但也許後來發現程式所表現的精度有變化,需要改變它的值, 這就需要修改程式中所有的相關數值,這會給我們帶來一定的不便,但如果使用宏定義,使用一個識別符號來代替,則在修改時只修改宏定義即可,還可以減少輸入 3.1415926這樣長的數值多次的情況,我們可以如此定義 #define pi 3.1415926,既減少了輸入又便於修改,何樂而不爲?

(2) 提高程式的執行效率
使用帶參數的宏定義可完成函數呼叫的功能,又能減少系統開銷,提高執行效率。正如C語言中所講,函數的使用可以使程式更加模組化,便於組織,而且可重複利用,但在發生函數呼叫時,需要保留呼叫函數的現場,以便子 函數執行結束後能返回繼續執行,同樣在子函數執行完後要恢復呼叫函數的現場,這都需要一定的時間,如果子函數執行的操作比較多,這種轉換時間開銷可以忽 略,但如果子函數完成的功能比較少,甚至於只完成一點操作,如一個乘法語句的操作,則這部分轉換開銷就相對較大了,但使用帶參數的宏定義就不會出現這個問 題,因爲它是在預處理階段即進行了宏展開,在執行時不需要轉換,即在當地執行。宏定義可完成簡單的操作,但複雜的操作還是要由函數呼叫來完成,而且宏定義所佔用的目的碼空間相對較大。所以在使用時要依據具體情況來決定是否使用宏定義。

define中的三個特殊符號:#,##,#@

#define Conn(x,y) x##y
#define ToChar(x) #@x
#define ToString(x) #x

(1)x##y表示x連線y,舉例說:

int n = Conn(123,456); /* 結果就是n=123456;*/
char* str = Conn("asdf", "adf"); /*結果就是 str = "asdfadf";*/

(2)#@x,其實就是給x加上單引號,結果返回是一個const char。舉例說:
char a = ToChar(1);結果就是a=‘1’;
做個越界試驗char a = ToChar(123);結果就錯了;
但是如果你的參數超過四個字元,編譯器就給給你報錯了!
error C2015: too many characters in constant :P
(3)#x,給x加雙引號
char* str = ToString(123132);就成了str=「123132」;

常用的一些宏定義
1.防止一個頭檔案被重複包含

#ifndef BODYDEF_H 
#define BODYDEF_H 
 //標頭檔案內容 
#endif

2.得到指定地址上的一個位元組或字

#define MEM_B( x ) ( *( (byte *) (x) ) ) 
#define MEM_W( x ) ( *( (word *) (x) ) )

3.得到一個變數的地址(word寬度)

#define B_PTR( var ) ( (byte *) (void *) &(var) ) 
#define W_PTR( var ) ( (word *) (void *) &(var) )

4.將一個字母轉換爲大寫

#define UPCASE( c ) ( ((c) >= ''a'' && (c) <= ''z'') ? ((c) - 0x20) : (c) )

5.判斷字元是不是10進值的數位

#define DECCHK( c ) ((c) >= ''0'' && (c) <= ''9'')

6.判斷字元是不是16進值的數位

#define HEXCHK(c) (((c)>=''0''&&(c)<=''9'')||((c)>=''A''&&(c)<=''F'')||((c)>=''a'' &&(c)<=''f''))

7.返回陣列元素的個數

#define ARR_SIZE( a ) ( sizeof( (a) ) / sizeof( (a[0]) ) )