C语言程序与设计——预处理命令

宏

在C语言中宏有三种形式:

定义符号常量
定义傻瓜表达式
定义代码段
在使用宏的过程中需要注意的是，宏的作用仅仅是在预处理阶段对代码进行替换，而非进行运算，所以在使用时，如果出现了我们预期之外的结果，很有可能是宏没有处理好。下面就挨个演示一下。

定义符号常量

着一种形式比较简单只是单纯的替换，这里对该种情况不做过多介绍

#include<stdio.h>
#define PI 3.1415926535

int main(){
    int r = 5;
    printf("[r] = %d [S] = %f", r, PI * r * r);
}

定义傻瓜表达式

可以通过宏封装一个简易的表达式，但是为什么叫傻瓜表达式呢，正如之前所说，宏只是进行替换，而非进行计算，所以在没有考虑周全的情况下，很容易出错。下面我们以封装一个比较函数为例，返回大的值。
分别用到下面五组示例

#include<stdio.h>
#define MAX(a, b) a > b ? a : b
#define P(func) printf("%s = %d\n", #func, func);


int main(){
    int a = 7;
    
    P(MAX(2, 3));
    P(5 + MAX(2, 3));
    P(MAX(2 ,MAX(2, 3)));
    P(MAX(2, 3 > 4 ? 3 : 4));
    P(MAX(a++, 3));
}

先解释一下代码，主函数部分是我们的测试用例不需要赘述。封装的MAX(a,b)表达式就是我们想要实现的功能。下面的P宏是我为了方便实现的打印的宏，其中#func这个参数的意义就是字符串话，可以使得运行结果更容易观察。

运行结果：
在这里插入图片描述
可以看到除了第一个测试用例基本上这些都不是正确答案。为了探究原因我们就需要看到把宏展开，也就是预处理之后的样子。使用gcc -E filename命令即可。

可以看到他们宏仅仅是做了替换，实际的运算顺序与我们预期的不符合，所以我们就需要使用小括号来使得运算顺序满足我们的预期。

#include<stdio.h>
#define MAX(a, b) ((a) > (b) ? a : b)
#define P(func) printf("%s = %d\n", #func, func);

int main(){
    int a = 7;
    P(MAX(2, 3));
    P(5 + MAX(2, 3));
    P(MAX(2 ,MAX(2, 3)));
    P(MAX(2, 3 > 4 ? 3 : 4));
    P(MAX(a++, 3));
}

在这里插入图片描述
可以看到前四个结果已经达到我们预期的结果了。但是第五个结果与预期不符合。可以从上面预处理之后的代码中可以看出，它的错误并不是计算顺序的原因，而是我们对a++访问之后自增1，而后进行返回的原因，若想修复这个bug我们需要一个中间变量来记住增1前的a值

定义代码段

#include<stdio.h>

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

#define MAX(a, b)({\
    __typeof(a) _a = a;\
    __typeof(b) _b = b;\
    _a > _b ? _a : _b;\
})

#define P(func) printf("%s = %d\n", #func, func);

int main(){

    int a = 7;

    P(MAX(2,3));
    P(5 + MAX(2,3));
    P(MAX(2,MAX(2,3)));
    P(MAX(2,3 > 4 ? 3 : 4));
    P(MAX(a++,6));
}

运行结果：
在这里插入图片描述
这里解释一下新出现的t__typeof,功能就是提取变量类型的关键字，然后进行定义，也就是说 __typeof(a) _a = a;改行代码与 int _a = a;相同。当宏有多行的时候，需要使用\来链接。

内置的宏

宏	说明
__ DATE __	日期Mmm dd yyy
__ FILE __	文件名
__ LINE __	行号
__ TIME __	时间：hh：mm：ss
__ func __	函数名(非标准)
__ Func __	函数名(非标准)
__ PRETTY_FUNCTION __	更详细的的函数信息(非标准)

其中非标准的含义是指不同的环境下可能会出现不同的结果，或者是不存在该宏。比如我是在ubantu系统下运行的，没有__Func__的宏
在这里插入图片描述

#include<stdio.h>
#define P(a) printf("[%s] = %s\n", #a, a);

int main(){
    P(__DATE__);
    P(__FILE__);
    printf("[__LINE__] = %d", __LINE__);
    P(__TIME__);
    P(__func__);
    P(__PRETTY_FUNCTION__);
}

在这里插入图片描述

条件式编译

在宏当中也可以实现条件分支的功能实现代码剪裁

函数	说明
#ifdef DEBUG	是否定义了DEBUG
#ifndef DEBUG	是否没定义了DEBUG
#if MAX_N ==5	宏MAX_N 是否等于5
#ieif MAX_N ==4	否则宏MAX_N 是否等于4
#else
#endif

打印日志信息

编写一个程序，通过宏实现一个log()功能打印，打印所在文件，行号，函数，以及内容。当需要DEBUG时log()可以使用，不需要DEBUG时，则log()函数无任何作用

#include<stdio.h>

#define DEBUG
#ifdef DEBUG
#define log(frm, args...){\
    printf("[FILE]:%s [LINE]:%d [func]:%s [content]:", __FILE__, __LINE__,__func__);\
    printf(#frm, ##args);\
    printf("\n");\
}
#else
#define log(frm, args...)
#endif

int add(int a, int b){
    return a + b;
}

int main(){
    log(add(1 , 5));
}

输出结果：
>> [FILE]:log.c [LINE]:24 [func]:main [content]:add(1 , 5)

"#"和”##“的作用：

”#“是将后面的内容字符串化，保证输出
”##“是连接作用，可以连接两个变量名，在这里是保证当log传入参数只有一个时，不会报错(int a, b, ab; a##b 是与ab等价的)

泛型宏(Generic macro)

#include<stdio.h>
#define TYPE(a) _Generic((a), \
        int : "%d\n",\
        double: "%lf\n", \
        char * : "%s\n"\
)

int main(){
    int a = 1;
    double b = 4.0;
    char string[] = "hello";
    printf(TYPE(a),a);
    printf(TYPE(b), b);
    printf(TYPE(string), string);
}

运行结果：
>> 1
4.000000
hello

在这里插入图片描述

从上图可以看到除了泛型宏以外，自定义的函数在主函数之外也可以运行，而且会先于主函数运行。这是因为我们在函数上面为其添加了属性使其可以能够单独运行。尽管函数可以独立运行，但是一个程序是不可以没有主函数的，否则会有编译错误。

补充：字符串

在预处理阶段，不只是宏，还有头文件也会被展开，在这里简单介绍一下一个比较重要的头文件<string.h>，该头文件包含对于字符串的操作比较方便。

函数	说明
strlen(str)	计算字符串长度，以\0作为结束符
strcmp(str1, str2)	字符串比较
strcpy(dest, src)	字符串拷贝
strcmp(str1, str2, n)	安全字符串比较
strcpy(dest, src, n)	安全字符串拷贝
memcpy(str1， str2， n)	内存拷贝
memcmp(str1， str2， n)	内存比较
memset(str,c, n)	内存设置