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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； 3y2＋3y＋4y2＋3y＋5y2＋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（i