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【维生素C语言】第十七章 - C语言预处理（下）

C语言预处理 第十七章
2023-09-14 09:15:59 时间

楼下大妈看完广场舞都想不跳了！C语言预处理（下）

前言：

本文为C语言预处理的下篇，本文将进一步讲解预处理的基本知识，对命令行定义进行讲解。对条件编译的语句进行逐个讲解，理解两种文件包含的方式。

🚪 传送门：楼下大爷看完直呼简单！C语言预处理（上）

一、命令行编译

❓ 什么是命令行编译？

💡 在编译的时候通过命令行的方式对其进行相关的定义，叫做命令行编译。

📚 介绍：许多C的编译器提供的一种能力，允许在命令行中定义符号。用于启动编译过程。当我们根据同一个源文件要编译出不同的一个程序的不同版本的时，可以用到这种特性，增加灵活性。

💬 例子：假如某个程序中声明了一个某个长度的数组，假如机器甲内存有限，我们需要一个很小的数据，但是机器丙的内存较大，我们需要一个大点的数组。

#include <stdio.h>

int main() {
    int arr[ARR_SIZE];
    int i = 0;
    for (i = 0; i < ARR_SIZE; i++) {
        arr[i] = i;
    }
    for (i = 0; i < ARR_SIZE; i++) {
        printf("%d ", arr[i]);
    }
    printf("\n");
    
    return 0;
}

🚩 gcc 环境下测试：（VS 里面不太好演示）

gcc test.c -D ARR_SIZE=5

ls

a.out  test.c

./a.out

0 1 2 3 4 5

gcc test.c -D ARR_SIZE=20

./a.out

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

二、条件编译

0x00 介绍

📚 在编译一个程序时，通过条件编译指令将一条语句（一组语句）编译或者放弃是很方便的。

💬 调试用的代码删除了可惜，保留了又碍事。我们就可以使用条件编译来选择性地编译：

#include <stdio.h>

#define __DEBUG__ // 就像一个开关一样

int main(void)
{
    int arr[10] = {0};
    int i = 0;
    for (i = 0; i < 10; i++) {
        arr[i] = i;
        #ifdef __DEBUG__ // 因为__DEBUG__被定义了，所以为真
        printf("%d ", arr[i]); // 就打印数组    
        #endif // 包尾
    }

    return 0;
}

🚩 运行结果：1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

❗  如果不想用了，就把 #define __DEBUG__ 注释掉：

#include <stdio.h>

// #define __DEBUG__ // 关

int main(void)
{
    int arr[10] = {0};
    int i = 0;
    for (i = 0; i < 10; i++) {
        arr[i] = i;
        #ifdef __DEBUG__ // 此时ifdef为假
        printf("%d ", arr[i]);      
        #endif
    }

    return 0;
}

🚩 （代码成功运行）

0x01 条件编译之常量表达式

📚 介绍：如果常量表达式为真，参加编译。反之如果为假，则不参加编译。

💬 代码演示：常量表达式为真

#include <stdio.h>

int main(void) {
#if 1
    printf("Hello,World!\n");
#endif

    return 0;
}

 🚩 运行结果：Hello,World！

💬 代码演示：常量表达式为假

#include <stdio.h>

int main(void) {
#if 0
    printf("Hello,World!\n");
#endif

    return 0;
}

🚩 （代码成功运行）

💬 当然也可以用宏替换，可以表示地更清楚：

#include <stdio.h>

#define PRINT 1
#define DONT_PINRT 0

int main(void) {
#if PRINT
    printf("Hello,World!\n");
#endif

    return 0;
}

0x02 多分支的条件编译

📚 介绍：多分支的条件编译，直到常量表达式为真时才执行。

💬 代码演示：

#include <stdio.h>

int main(void) {
#if 1 == 2 // 假
    printf("rose\n");
#elif 2 == 2 // 真
    printf("you jump\n");
#else 
    printf("i jump\n")
#endif

    return 0;
}

🚩 代码运行结果：you jump

0x03 条件编译判断是否被定义

📚 定义：ifdef 和 if defined() ，ifndef 和 if !defined() 效果是一样的，用来判断是否被定义。

💬 代码演示：

#include <stdio.h>

#define TEST 0
// #define TEST2 // 不定义

int main(void) {
/* 如果TEST定义了，下面参与编译 */
// 1
#ifdef TEST
    printf("1\n");
#endif

// 2
#if defined(TEST)
    printf("2\n");
#endif


/* 如果TEST2不定义，下面参与编译 */
// 1
#ifndef TEST2
    printf("3\n");
#endif

// 2
#if !defined(TEST2)
    printf("4\n");
#endif

    return 0;
}

0x04 条件编译的嵌套

📚 和 if 语句一样，是可以嵌套的：

#if defined(OS_UNIX)
    #ifdef OPTION1
        unix_version_option1();
    #endif
    #ifdef OPTION2
        unix_version_option2();
    #endif
#elif defined(OS_MSDOS)
    #ifdef OPTION2
        msdos_version_option2();
    #endif
#endif

三、文件包含

我们已经知道，#include 指令可以使另外一个文件被编译。就像它实际出现于 #include 指令的地方一样。替换方式为，预处理器先删除这条指令，并用包含文件的内容替换。这样一个源文件被包含10次，那就实际被编译10次。

0x00 头文件被包含的方式

📚  < > 和 " " 包含头文件的本质区别：查找的策略的区别

① " " 的查找策略：先在源文件所在的目录下查找。如果该头文件未找到，则在库函数的头文件目录下查找。（如果仍然找不到，就提示编译错误）

Linux环境 标准头文件的路径：

/usr/include

VS环境 标准头文件的路径：

C:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio 12.0\VC\include

② < > 的查找策略：直接去标准路径下去查找。（如果仍然找不到，就提示编译错误）

❓ 既然如此，那么对于库文件是否也可以使用 " " 包含？

💡 当然可以。但是这样做查找的效率就低些，当然这样也不容易区分是库文件还是本地文件了。为了效率不建议这么做。

💬 代码演示：

①  add.h

int Add(int x, int y);

②  add.c

int Add(int x, int y) {
	return x + y;
}

③  test.c

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

int main(void) {
	int a = 10;
	int b = 20;
	int ret = Add(a, b);
	printf("%d\n", ret);

	return 0;
}

🚩 运行结果：30

0x01 嵌套文件的包含

❗  头文件重复引入的情况：

comm.h 和 comm.c 是公共模块。
test1.h 和 test1.c 使用了公共模块。
test2.h 和 test2.c 使用了公共模块。
test.h 和 test.c 使用了 test1 模块和 test2 模块。
这样最终程序中就会出现两份 comm.h 的内容，这样就造成了文件内容的重复。

❓ 那么如何避免头文件的重复引入呢？

💡 使用条件编译指令，每个头文件的开头写：

#ifndef __TEST_H__
#define __TEST_H__
// 头文件的内容
#endif

⚡ 如果嫌麻烦，还有一种非常简单的方法：

#pragma once // 让头文件即使被包含多次，也只包含一份

💭 笔试题：选自《高质量C/C++编程指南》

① 头文件中的 ifnde / define / endif 是干什么用的？

答：防止头文件被重复多次包含。

② #include <filename.h> 和 #include "filename.h" 有什么区别？

答：尖括号是包含库里面的头文件的，双引号是包含自定义头文件的。它们在查找策略上不同，尖括号直接去库目录下查找。而警号双引号是现去自定义的代码路径下查找，如果找不到头文件，则在库函数的头文件目录下查找。

参考资料：

陈正冲. 《C语言深度解剖》[M]. 第三版. 北京航空航天大学出版社, 2019.

比特科技. C语言进阶[EB/OL]. 2021[2021.8.31]. .

林锐博士. 《高质量C/C++编程指南》[M]. 1.0. 电子工业, 2001.7.24.

📌 本文作者： 王亦优

📃 更新记录： 2021.8.31

❌ 勘误记录： 无

📜 本文声明： 由于作者水平有限，本文有错误和不准确之处在所难免，本人也很想知道这些错误，恳望读者批评指正！

本章完。

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