C語言預先處理、結構體和make的使用–C語言預先處理命令

  在C語言程式中加入一些編譯預先處理命令可以提高編程效率，回憶編譯速度。預先處理命令是在編譯來源程式前先對來源程式進行處理，例如，在程式中使用“#defineMAX 256“這條命令定義一個符號常量MAX，則在預先處理時將程式中出現的所有MAX替換為256。預先處理完成後，編譯器（如gcc）開始編譯來源程式以產生可執行代碼。需要注意的是，預先處理命令並不是C語言的一部分，因此每條編譯預先處理命令不需要以分號來結束。

    一、宏定義

    C語言標準允許在程式中用一個標識符來表示一個字串，稱為宏。標識符稱為宏名。在編譯預先處理時，將程式中所有的宏名用相應的字串來替換，這個過程稱為宏替換。宏分為兩種：無參數的宏和有參數的宏。

    1、無參數宏

    無參數宏定義的一般形式為：

#define 標識符 字串

    “＃”代表本行是編譯預先處理命令。define是宏定義的關鍵詞，標識符是宏名。字串是宏名所代替的內容，可以是常數、運算式等。

     注意：宏定義和其他編譯預先處理命令不是以分號結尾的。

    例5－1 下面是一個使用無參數宏的程式

#include <stdio.h>

#define PI 3.1415926

 

int main()

{

int r = 100;

double length = 2*PI*r;

printf("The circumference is %f\n",length);

return 0;

}

程式說明：（1）本程式使用PI來代表3.1415926。宏替換是在程式中用相應的字串來替換害名，編譯器預先處理程式對它不作任何檢查。如果有錯誤，只能在編譯器時才會被編譯器發現。（2）習慣上，宏名都用大寫字母。當然也可以用小寫字母。（3）使用宏代替一個字串，可以減少程式中重複書寫某些字串的工作量。可以用一個有意義的宏句來代表無規律的字串，提高程式的可讀性，同時修改起來也方便。如果要把程式中的PI值改為3.14，則只要修改＃define這一行即可。如果沒有使用宏，那麼就要尋找程式並修改所有的PI值。（4）宏的作用範圍是從宏定義開始到本來源程式檔案結束為止。也可以使用#undef來提前終止作用範圍。例如：

#define MAX 256

int main()

{

    ...

}

#undef MAX

int f()

{

    ...

}

    由於使用了#undef，使宏名MAX只在main函數中有效。（5）宏定義允許嵌套。例如：

#define MIN 128

#define MAX MIN*2

定義MAX宏時使用了前面已經定義的MIN。

    2、有參數宏

    有參數宏的宏類似於有參數的函數，其定義的一般形式為：

#define 標識符（形參表） 字串

    如果有多個形參，像函數參數一樣以逗號隔開。在程式中使用有參數宏的形式是：

標識符（實參表）

    例5－2示範了有參數宏的實現方法。

#include <stdio.h>

#define MAX(x,y) (x>y?x:y)

 

int main()

{

int a = 5,b = 10,max;

 

max = MAX(5,10);

printf("The max between(%d,%d) is %d\n",a,b,max);

return 0;

}

程式說明：經過編譯預先處理max = MAX(a,b)就替換max=(a>b?a:b)。

    程式第二行的宏定義中運算式x>y?x:y兩邊的括弧不是必需的，但出於良好的編程規範應該加上。如果沒有括弧往往會導致一些意想不到的問題。比如有一個宏定義：

＃defineMUL(x,y) x*y

    在程式中有：

int a=5,b=10,c;

c=MUL(a+1,b+1);

    那麼進行宏替換，a+1是x的實參，b+1是y的實參，替換後的結果為：

c=a+1*b+1;

    顯然這是不符合要求的。應該按照如下方式進行宏定義：

#define MUL(x,y) (x)*(y)

    此時宏展開後：

c = (a+1)*(b+1);

    定義有參數的宏時，應該注意：

    宏名與形參表的圓括弧之間不能有空格，否則會導致錯誤。例如：#defineMUL(x,y) (x)*(y)，MUL與“（”之間不能有空格。

    宏定義中，字串內的形式參數最好用括弧括起來，以避免錯誤。例如上面的形參都用括弧括起來。

    帶參數的宏與函數的比較：

    有參數宏的形式參數不是變數，不分配記憶體空間，無需說明資料類型。而函數的形參是變數，要分配記憶體空間，在函數定義時要指明參數的資料類型。

    預先處理程式認為有參數宏的是字串，並用它去替換形參。如上面的例子中，用a＋1去替換x，而不是先計算a＋1的值再去替換x。如果是函數，則先計算a＋1的值，再把這個值傳遞給x。

    使用宏的次數較多時，宏替換後來源程式一般會變長。而函數調用不會使程式變長。宏替換不會佔用已耗用時間，只是編譯的時間稍微變長一點。而函數調用則會佔用已耗用時間。一般用宏來代表一些較為簡單的運算式比較合適。

    二、檔案包含

    檔案包含預先處理命令#include前面已經使用過了。它把指定源檔案的全部內容包括到當前來源程式檔案中，其一般形式為：

#include <檔案名稱>

或者

#include "檔案名稱”

    檔案包含命令是把指定檔案的全部內容包括進來，插入到命令所在位置，取代原來的命令列。由當前源檔案和指定檔案組成一個檔案，一起進行編譯。

    一個#include只能包含一個檔案，要包含多個檔案，需要使用多個#include命令。例如：

#include <stdio.h>

#include <string.h>

#include <stdlib.h>

    一個大的程式往往被分成多個模組，由多個程式員分別編寫。公用的資訊，如常量定義、函式宣告，可以單獨放在一個檔案中，在其他檔案的開頭使用#include命令包含進來。這樣可以避免每個檔案頭部都去書寫那些公用量，既節省了時間又可以防止出錯的可能。

    檔案包含命令中的檔案名稱既可以用角括弧也可以用雙引號括起來，它們的區別在於尋找指定檔案的位置不同。角括弧只在預設目錄裡找指定檔案，預設目錄是由使用者佈建的編程環境決定的。雙引號則先在來源程式檔案所在的目前的目錄裡尋找指定檔案，如果沒有找到再到預設目錄裡找。如果指定檔案與當前編寫中的來源程式處在同一個目錄裡，就必須使用雙引號來包含該檔案，否則編譯器時編譯器會報告找不到指定的標頭檔。

    三、條件編譯

    一般情況下，來源程式中所有的行都被編譯。有時希望其中一部分內容只在某個條件成立或不成立時才去編譯，也就是對一部分內容指定編譯的條件，這就是條件編譯。

    條件編譯使用範式：

   1、範式一

#ifndef 標識符

程式段1

#endif

其含義是：如果沒有定義標識符，就編譯器段1。這裡的程式段1既可以是語句組，也可以是命令列。使用樣本：

#ifndef _getkey_h

#define _getkey_h

＃include<sys/types.h>

#endif

這段代碼的含義是：如果沒有定義符號常量_getkey_h，就定義該常量並且包含標頭檔sys/types.h。

2、範式2

#ifndef 標識符

程式段1

＃else

程式段2

＃endif

其含義是：如果沒有定義標識符，就編譯器段1，否則編譯器段2。

3、範式3

#ifdef 標識符

程式段1

#endif

其含義是：如果定義了標識符，就編譯器段1，否則不編譯該程式段。

使用樣本：

#ifdef DEBUG

printf("a=%d,b=%d",a,b);

#endif

在偵錯工具時，可以在來源程式頭部加入如下語句：

#define DEBUG

這樣在軟體開發階段，編譯運行程式時會輸出變數a，b的值。當程式調試完畢，在來源程式檔案頭部刪除這一行，則使用者運行時不會輸出a，b的值。這裡列印出a，b值只是供調試使用。

4、範式四

#ifdef 標識符

程式段1

#else

程式段2

#endif

其含義是：如果定義了標識符，就編譯器段1，否則編譯器段2。

    5、範式五

#if 運算式

程式段1

#endif

其含義是：如果運算式成立，就編譯器段1，否則不編譯該程式段。

使用樣本：

#include <stdio.h>

#define MAX(x,y) (x>y?x:y)

...

int a = 5,b = 10,c;

...

#if c

c = MAX(a,b);

#endif

如果變數c存在，就調用宏MAX(a,b)獲得a，b的最大值，並把該值賦給變數c。

    6、範式六

#if 運算式

程式段1

#else

程式段2

#endif

其含義是：如果運算式成立，就編譯器段1，否則編譯器段2。

    事實上，不用條件編譯而直接用if...else語句也可以達到要求。但採用條件編譯，可以減少被編譯的語句，從而減少可執行程式的長度，縮短程式已耗用時間。當條件編譯的程式段比較多時，可執行程式的長度可以大大減少。