预处理

        在C语言程序源码中，凡是以井号（#）开头的语句被称为预处理语句，这些语句严格意义上并不属于C语言语法的范畴，它们在编译的阶段统一由所谓预处理器（cc1）来处理。所谓预处理，顾名思义，指的是真正的C程序编译之前预先进行的一些处理步骤，这些预处理指令包括：

1. 头文件：#include
2. 定义宏：#define
3. 取消宏：#undef
4. 条件编译：#if、#ifdef、#ifndef、#else、#elif、#endif
5. 显示错误：#error
6. 修改当前文件名和行号：#line
7. 向编译器传送特定指令：#progma

• 基本语法
  • 一个逻辑行只能出现一条预处理指令，多个物理行需要用反斜杠连接成一个逻辑行
  • 预处理是整个编译全过程的第一步：预处理 - 编译 - 汇编 - 链接
  • 可以通过如下编译选项来指定来限定编译器只进行预处理操作：

gcc example.c -o example.i -E

宏的概念

        宏（macro）实际上就是一段特定的字串，在源码中用以替换为指定的表达式。例如：

#define PI 3.14

此处，PI 就是宏（宏一般习惯用大写字母表达，以区分于变量和函数，但这并不是语法规定，只是一种习惯），是一段特定的字串，这个字串在源码中出现时，将被替换为3.14。例如：

int main()

{

    printf("圆周率: %f\n", PI);

    // 此语句将被替换为：printf("圆周率: %f\n", 3.14);

}

• 宏的作用：
  • 使得程序更具可读性：字串单词一般比纯数字更容易让人理解其含义。
  • 使得程序修改更易行：修改宏定义，即修改了所有该宏替换的表达式。
  • 提高程序的运行效率：程序的执行不再需要函数切换开销，而是就地展开。

无参宏

        无参宏意味着使用宏的时候，无需指定任何参数，比如：

#define PI          3.14

#define SCREEN_SIZE 800*480*4

int main()

{

    // 在代码中，可以随时使用以上无参宏，来替代其所代表的表达式：

    printf("圆周率: %f\n", PI);

    mmap(NULL, SCREEN_SIZE, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, ...);

}

注意到，上述代码中，除了有自定义的宏，还有系统预定义的宏：

// 自定义宏:

#define PI          3.14

#define SCREEN_SIZE 800*480*4

// 系统预定义宏

#define NULL ((void *)0)

#define PROT_READ 0x1 /* Page can be read.  */

#define PROT_WRITE 0x2 /* Page can be written.  */

#define MAP_SHARED 0x01 /* Share changes.  */

宏的最基本特征是进行直接文本替换，以上代码被替换之后的结果是：

int main()

{

    printf("圆周率: %f\n", 3.14);

    mmap(((void *)0), 800*480*4, 0x1|0x2, 0x01, ...);

}

带参宏

带参宏意味着宏定义可以携带“参数”，从形式上看跟函数很像，例如：

#define MAX(a, b)   a>b ? a : b

#define MIN(a, b)   a<b ? a : b

以上的MAX(a,b) 和 MIN(a,b) 都是带参宏，不管是否带参，宏都遵循最初的规则，即宏是一段待替换的文本，例如在以下代码中，宏在预处理阶段都将被替换掉：

int main()

{

    int x = 100, y = 200;

    printf("最大值:%d\n", MAX(x, y));

    printf("最小值:%d\n", MIN(x, y));

    // 以上代码等价于:

    // printf("最大值:%d\n", x>y ? x : y);

    // printf("最小值:%d\n", x<y ? x : y);

}

• 带参宏的特点：
  1. 直接文本替换，不做任何语法判断，更不做任何中间运算。
  2. 宏在编译的第一个阶段就被替换掉，运行中不存在宏。
  3. 宏将在所有出现它的地方展开，这一方面浪费了内存空间，另一方面有节约了切换时间。

带参宏的副作用

        由于宏仅仅做文本替换，中间不涉及任何语法检查、类型匹配、数值运算，因此用起来相对函数要麻烦很多。例如：

#define MAX(a, b) a>b ? a : b

int main()

{

    int x = 100, y = 200;

    printf("最大值:%d\n", MAX(x, y==200?888:999));

}

直观上看，无论 y 的取值是多少，表达式 y==200?888:999 的值一定比 x 要大，但由于宏定义仅仅是文本替换，中间不涉及任何运算，因此等价于：

        printf("最大值:%d\n", x>y==200?888:999 ? x : y==200?888:999);

可见，带参宏的参数不能像函数参数那样视为一个整体，整个宏定义也不能视为一个单一的数据，事实上，不管是宏参数还是宏本身，都应被视为一个字串，或者一个表达式，或者一段文本，因此最基本的原则是：

• 将宏定义中所有能用括号括起来的部分，都括起来，比如：

#define MAX(a, b) ((a)>(b) ? (a) : (b))

无值宏定义

        定义无参宏的时候，不一定需要带值，无值的宏定义经常在条件编译中作为判断条件出现，例如：

#define BIG_ENDIAN

#define __cplusplus

条件编译

• 概念：有条件的编译，通过控制某些宏的值，来决定编译哪段代码。
• 形式：
  • 形式1：判断表达式 MACRO 是否为真，据此决定其所包含的代码段是否要编译
  • 注意：#if形式条件编译需要有值宏

#define A 0

#define B 1

#define C 2

#if A

    ... // 如果 MACRO 为真，那么该段代码将被编译，否则被丢弃

#endif

// 二路分支

#if A

    ...

#elif B

    ...

#endif

// 多路分支

#if A

    ...

#elif B

    ...

#elif C

    ...

#endif

• 形式：
  • 形式2：判断宏 MACRO 是否已被定义，据此决定其所包含的代码段是否要编译

// 单独判断

#ifdef MACRO

    ...

#endif

// 二路分支

#ifdef MACRO

    ...

#else

   ...

#endif

• 形式：
  • 形式3：判断宏MACRO是否未被定义，据此决定其所包含的代码段是否要编译

// 单独判断

#ifndef MACRO

    ...

#endif

// 二路分支

#ifndef MACRO

    ...

#else

   ...

#endif

• 总结：
  • #ifdef 此种形式，判定的是宏是否已被定义，这不要求宏有值。
  • #if 、#elif 这些形式，判定的是宏的值是否为真，这要求宏必须有值。

条件编译的使用场景

控制调试语句：在程序中，用条件编译将调试语句包裹起来，通过gcc编译选项随意控制调试代码的启停状态。例如：

        gcc example.c -o example -DMACRO

以上语句中，-D意味着 Define，MACRO 是程序中用来控制调试语句的一个宏，如此一来就可以在完全不需要修改源代码的情况下，通过外部编译指令选项非常方便地控制调试信息的启停。

选择代码片段：在一些大型项目中（例如 Linux 内核），某个相同功能的模块往往有不同的实现，需要用户根据具体的情况来“配置”，这个所谓的配置的过程，就是对代码中不同的宏的选择的过程。

例如：

#define A 0  // 网卡1

#define B 1  // 网卡2  √

#define C 0  // 网卡3

// 多路分支

#if A

    ...

#elif B

    ...

#elif C

    ...

#endif