c语言教程-第19章

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第九章：预处理

预处理

概述
　　在前面各章中，已多次使用过以“#”号开头的预处理命令。如包含命令#　include，宏定义命令#　define等。在源程序中这些命令都放在函数之外，　而且一般都放在源文件的前面，它们称为预处理部分。

　　所谓预处理是指在进行编译的第一遍扫描（词法扫描和语法分析）之前所作的工作。预处理是Ｃ语言的一个重要功能，　它由预处理程序负责完成。当对一个源文件进行编译时，　系统将自动引用预处理程序对源程序中的预处理部分作处理，　处理完毕自动进入对源程序的编译。

　　Ｃ语言提供了多种预处理功能，如宏定义、文件包含、　条件编译等。合理地使用预处理功能编写的程序便于阅读、修改、　移植和调试，也有利于模块化程序设计。本章介绍常用的几种预处理功能。

宏定义
　　在Ｃ语言源程序中允许用一个标识符来表示一个字符串，　称为“宏”。被定义为“宏”的标识符称为“宏名”。在编译预处理时，对程序中所有出现的“宏名”，都用宏定义中的字符串去代换，　这称为“宏代换”或“宏展开”。

　　宏定义是由源程序中的宏定义命令完成的。　宏代换是由预处理程序自动完成的。在Ｃ语言中，“宏”分为有参数和无参数两种。　下面分别讨论这两种“宏”的定义和调用。

无参宏定义
　　无参宏的宏名后不带参数。其定义的一般形式为：　#define　标识符　字符串　其中的“#”表示这是一条预处理命令。凡是以“#”开头的均为预处理命令。“define”为宏定义命令。　“标识符”为所定义的宏名。“字符串”可以是常数、表达式、格式串等。在前面介绍过的符号常量的定义就是一种无参宏定义。　此外，常对程序中反复使用的表达式进行宏定义。例如：　#　define　M　（y*y＋3*y）　定义M表达式（y*y＋3*y）。在编写源程序时，所有的（y*y＋3*y）都可由M代替，而对源程序作编译时，将先由预处理程序进行宏代换，即用（y*y＋3*y）表达式去置换所有的宏名M，然后再进行编译。
#define　M　（y*y＋3*y）
main（）｛
int　s；y；
printf（〃input　a　number：　〃）；
scanf（〃％d〃；&y）；
s=3*M＋4*M＋5*M；
printf（〃s=％dn〃；s）；
｝
　　上例程序中首先进行宏定义，定义M表达式（y*y＋3*y）；在s=　3*M＋4*M＋5*　M中作了宏调用。在预处理时经宏展开后该语句变为：s=3*（y*y＋3*y）＋4（y*y＋3*y）＋5（y*y＋3*y）；但要注意的是，在宏定义中表达式（y*y＋3*y）两边的括号不能少。否则会发生错误。
　　当作以下定义后：　#difine　M　y*y＋3*y在宏展开时将得到下述语句：　s=3*y*y＋3*y＋4*y*y＋3*y＋5*y*y＋3*y；这相当于；　3y2＋3y＋4y2＋3y＋5y2＋3y；显然与原题意要求不符。计算结果当然是错误的。　因此在作宏定义时必须十分注意。应保证在宏代换之后不发生错误。对于宏定义还要说明以下几点：

1。　宏定义是用宏名来表示一个字符串，在宏展开时又以该字符串取代宏名，这只是一种简单的代换，字符串中可以含任何字符，可以是常数，也可以是表达式，预处理程序对它不作任何检查。如有错误，只能在编译已被宏展开后的源程序时发现。

2。　宏定义不是说明或语句，在行末不必加分号，如加上分号则连分号也一起置换。

3。　宏定义必须写在函数之外，其作用域为宏定义命令起到源程序结　束。如要终止其作用域可使用#　undef命令，例如：　#　define　PI　3。14159
main（）　
｛
……
｝
#　undef　PIPI的作用域
f1（）
。。。。表示PI只在main函数中有效，在f1中无效。
4。　宏名在源程序中若用引号括起来，则预处理程序不对其作宏代换。
#define　OK　100
main（）
｛
printf（〃OK〃）；
printf（〃n〃）；
｝
上例中定义宏名OK表示100，但在printf语句中OK被引号括起来，因此不作宏代换。程序的运行结果为：OK这表示把“OK”当字符串处理。

5。　宏定义允许嵌套，在宏定义的字符串中可以使用已经定义的宏名。在宏展开时由预处理程序层层代换。例如：　#define　PI　3。1415926
#define　S　PI*y*y　/*　PI是已定义的宏名*/对语句：　printf（〃％f〃；s）；在宏代换后变为：　printf（〃％f〃；3。1415926*y*y）；

6。　习惯上宏名用大写字母表示，以便于与变量区别。但也允许用小写字母。

7。　可用宏定义表示数据类型，使书写方便。例如：　#define　STU　struct　stu在程序中可用STU作变量说明：　STU　body＇5＇；*p；#define　INTEGER　int　在程序中即可用INTEGER作整型变量说明：　INTEGER　a；b；　应注意用宏定义表示数据类型和用typedef定义数据说明符的区别。宏定义只是简单的字符串代换，是在预处理完成的，而typedef是在编译时处理的，它不是作简单的代换，　而是对类型说明符重新命名。被命名的标识符具有类型定义说明的功能。请看下面的例子：　#define　PIN1　int*　typedef　（int*）　PIN2；从形式上看这两者相似，　但在实际使用中却不相同。下面用PIN1，PIN2说明变量时就可以看出它们的区别：　PIN1　a；b；在宏代换后变成　int　*a；b；表示a是指向整型的指针变量，而b是整型变量。然而：PIN2　a；b；表示a；b都是指向整型的指针变量。因为PIN2是一个类型说明符。由这个例子可见，宏定义虽然也可表示数据类型，　但毕竟是作字符
代换。在使用时要分外小心，以避出错。

8。　对“输出格式”作宏定义，可以减少书写麻烦。例9。3　中就采用了这种方法。
#define　P　printf
#define　D　〃％dn〃
#define　F　〃％fn〃
main（）｛
int　a=5；　c=8；　e=11；
float　b=3。8；　d=9。7；　f=21。08；
P（D　F；a；b）；
P（D　F；c；d）；
P（D　F；e；f）；
｝

带参宏定义

　　Ｃ语言允许宏带有参数。在宏定义中的参数称为形式参数，　在宏调用中的参数称为实际参数。对带参数的宏，在调用中，不仅要宏展开，　而且要用实参去代换形参。

　　带参宏定义的一般形式为：　#define　宏名（形参表）　字符串　在字符串中含有各个形参。带参宏调用的一般形式为：　宏名（实参表）；　
例如：　
#define　M（y）　y*y＋3*y　/*宏定义*/
：
k=M（5）；　/*宏调用*/
：　在宏调用时，用实参5去代替形参y，　经预处理宏展开后的语句
为：　k=5*5＋3*5
#define　MAX（a；b）　（a》b）？a：b
main（）｛
int　x；y；max；
printf（〃input　two　numbers：　〃）；
scanf（〃％d％d〃；&x；&y）；
max=MAX（x；y）；
printf（〃max=％dn〃；max）；
｝
　　上例程序的第一行进行带参宏定义，用宏名MAX表示条件表达式（a》b）？a：b，形参a；b均出现在条件表达式中。程序第七行max=MAX（x；
y）为宏调用，实参x；y，将代换形参a；b。宏展开后该语句为：　max=（x》y）？x：y；用于计算x；y中的大数。对于带参的宏定义有以下问题需要说明：

1。　带参宏定义中，宏名和形参表之间不能有空格出现。
例如把：　#define　MAX（a；b）　（a》b）？a：b写为：　#define　MAX　（a；b）　（a》b）？a：b　将被认为是无参宏定义，宏名MAX代表字符串　（a；b）（a》b）？a：b。
宏展开时，宏调用语句：　max=MAX（x；y）；将变为：　max=（a；b）（a》b）？a：b（x；y）；这显然是错误的。

2。　在带参宏定义中，形式参数不分配内存单元，因此不必作类型定义。而宏调用中的实参有具体的值。要用它们去代换形参，因此必须作类型说明。这是与函数中的情况不同的。在函数中，形参和实参是两个不同的量，各有自己的作用域，调用时要把实参值赋予形参，进行“值传递”。而在带参宏中，只是符号代换，不存在值传递的问题。

3。　在宏定义中的形参是标识符，而宏调用中的实参可以是表达式。
#define　SQ（y）　（y）*（y）
main（）｛
int　a；sq；
printf（〃input　a　number：　〃）；
scanf（〃％d〃；&a）；
sq=SQ（a＋1）；
printf（〃sq=％dn〃；sq）；
｝
　　上例中第一行为宏定义，形参为y。程序第七行宏调用中实参为a＋1，是一个表达式，在宏展开时，用a＋1代换y，再用（y）*（y）　代换SQ，得到如下语句：　sq=（a＋1）*（a＋1）；　这与函数的调用是不同的，　函数调用时要把实参表达式的值求出来再赋予形参。　而宏代换中对实参表达式不作计算直接地照原样代换。

4。　在宏定义中，字符串内的形参通常要用括号括起来以避免出错。　在上例中的宏定义中（y）*（y）表达式的y都用括号括起来，因此结果是正确的。如果去掉括号，把程序改为以下形式：
#define　SQ（y）　y*y
main（）｛
int　a；sq；
printf（〃input　a　number：　〃）；
scanf（〃％d〃；&a）；
sq=SQ（a＋1）；
printf（〃sq=％dn〃；sq）；
｝
运行结果为：input　a　number：3
sq=7　同样输入3，但结果却是不一样的。问题在哪里呢？　这是由于代换只作符号代换而不作其它处理而造成的。　宏代换后将得到以下语句：　sq=a＋1*a＋1；　由于a为3故sq的值为7。这显然与题意相违，因此参数两边的括号是不能少的。即使在参数两边加括号还是不够的，请看下面程序：
#define　SQ（y）　（y）*（y）
main（）｛
int　a；sq；
printf（〃input　a　number：　〃）；
scanf（〃％d〃；&a）；
sq=160/SQ（a＋1）；
printf（〃sq=％dn〃；sq）；
｝
　　本程序与前例相比，只把宏调用语句改为：　sq=160/SQ（a＋1）；　运行本程序如输入值仍为3时，希望结果为10。但实际运行的结果如下：input　a　number：3　sq=160为什么会得这样的结果呢？分析宏调用语句，在宏代换之后变为：　sq=160/（a＋1）*（a＋1）；a为3时，由于“/”和“*”运算符优先级和结合性相同，　则先作160/（3＋1）得40，再作40*（3＋1）最后得160。为了得到正确答案应在宏定义中的整个字符串外加括号，　程序修改如下
#define　SQ（y）　（（y）*（y））
main（）｛
int　a；sq；
printf（〃input　a　number：　〃）；
scanf（〃％d〃；&a）；
sq=160/SQ（a＋1）；
printf（〃sq=％dn〃；sq）；
｝
以上讨论说明，对于宏定义不仅应在参数两侧加括号，　也应在整个字符串外加括号。

5。　带参的宏和带参函数很相似，但有本质上的不同，除上面已谈到的各点外，把同一表达式用函数处理与用宏处理两者的结果有可能是不同的。main（）｛
int　i=1；
while（iname=〃Zhang　ping〃；
ps…》sex='M'；
ps…》score=62。5；
#ifdef　NUM
printf（〃Number=％dnScore=％fn〃；ps…》num；ps…》score）；
#else
printf（〃Name=％snSex=％cn〃；ps…》name；ps…》sex）；
#endif
free（ps）；
｝　
　　由于在程序的第16行插入了条件编译预处理命令，　因此要根据NUM是否被定义过来决定编译那一个printf语句。而在程序的第一行已对NUM作过宏定义，因此应对第一个printf语句作编译故运行结果是输出了学号和成绩。在程序的第一行宏定义中，定义NUM表示字符串OK，其实也可以为任何字符串，甚至不给出任何字符串，写为：　#define　NUM　也具有同样的意义。　只有取消程序的第一行才会去编译第二个printf�

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第19章

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