C++学习笔记——第六天编译预处理

古城微笑少年丶 2022-05-14 12:07 171阅读 0赞

预处理是指编译器在进行第一遍扫描之前所做的工作，其由预处理程序负责完成。

**目标**

*  了解预处理命令的功能
 *  掌握宏定义及其使用
 *  掌握文件包含的使用
 *  掌握常用的编译预处理命令

## 预处理命令 ##

预处理就是对源文件进行编译前，先对预处理部分进行处理，然后对处理后的代码进行编译。  
预处理命令：\#define，\#error，\#if，\#else，\#elif，\#endif，\#ifdef，\#ifndef，\#undef，\#line和\#pragma。  
上述命令可以划分为  
\- 文件包含（\#include）：作为文件的引用组合源程序正文。  
\- 条件编译（\#if，\#endif，\#ifdef，\#ifndef，\#undef等）：进行编译时进行有选择的挑选，注释掉一些指定的代码。  
\- 布局控制（\#progma）:为编译程序提供非常规的控制流信息  
\- 宏替换（\#define）：定义符号常量、函数功能、重新命名、字符串的拼接等功能。

## 宏 ##

宏（macro）是一种以相同的源语言执行预定义指令序列的指令。

**宏概述**  
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，对程序中出现的宏名，都用宏定义中的字符串去代换，称为宏代换或宏展开。

**不带参数的宏定义**  
一般形式：

#define 标识符 字符串

标识符为所定义的宏名  
字符串可以使常数，表达式，格式串等。

#include "stdafx.h"
    #include<iostream>
    #include <iomanip>
    #define M (y*y+3*y)//定义不带参数的宏
    
    using namespace std;
    
    int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
    {
    
        int s,y;
        cout<<"Input a number:";
        cin>>y;
        s=3*M +4*M +5*M;//使用宏
        cout<<s<<endl;
    
        getchar();
        getchar();
        return 0;
    }

![这里写图片描述][70]

**取消宏**  
C++中终止作用域的命令是\#undef。如果要求宏定义只在一个函数中起作用。就可以在函数定义之前定义宏，在函数结束后结束宏。

该例子中定义的宏只在main（）函数中起作用，而在两个函数sout和lout中则无效。

#include "stdafx.h"
    #include<iostream>
    #define PI 3.14159
    
    using namespace std;
    
    void sout(double);
    void lout(double);
    
    int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
    {
        double radius,s,l;
        cout<<"please input radius";
        cin>>radius;
        s=PI*radius*radius;
        sout(s);
        l=2*PI*radius;
        lout(l);
    
        getchar();
        getchar();
        return 0;
    }
    
    #undef PI//取消宏
    void sout(double r)
    {
        r = PI*r/PI;
        cout<<"the area is"<<r<<endl;
    }
    void lout(double r)
    {
        cout<<"the long is:"<<r<<endl;
    }

![这里写图片描述][70 1]

当注释掉 \#undef PI//取消宏 时生成结果  
![这里写图片描述][70 2]

#include "stdafx.h"
    #include<iostream>
    #define OK 100
    using namespace std;
    
    
    int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
    {
        cout<<"OK";
        cout<<endl;
    
        getchar();
        getchar();
        return 0;
    }

![这里写图片描述][70 3]  
上述代码定义了宏OK,并在main（）函数中使用了OK，但因为其被双引号括起来了，使预处理程序并没有对该宏进行代换，因此其输出也并不是宏定义的值100，而是字符串OK。

**宏嵌套**  
宏定义中允许嵌套，即在宏定义中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。

#include "stdafx.h"
    #include<iostream>
    #define PI 3.1415926 //定义宏PI
    #define S PI*y*y //PI是已经定义的宏名
    
    using namespace std;
    
    int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
    {
        int y;
        cout<<"please input the radius:"<<endl;
        cin>>y;
        cout<<S<<endl;//使用宏S
    
        getchar();
        getchar();
        return 0;
    }

![这里写图片描述][70 4]

**带参数的宏定义**  
在宏定义中的参数是形式参数，在宏调用中的参数是实际参数。  
一般格式：

#define 宏名（形参表） 字符串

在字符串中含有各个形参，带参数的宏调用一般形式为  
宏名（实参表）

1.  例

#include "stdafx.h"
    #include<iostream>
    #define MAX(a,b)(a>b)?a:b //定义带参数的宏
    
    using namespace std;
    
    int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
    {
        int x,y,max;
        cout<<"input two numbers:"<<endl;
        cin>>x>>y;
        max =MAX(x,y);
        cout<<"max="<<max<<endl;//使用宏MAX(a,b)
    
        getchar();
        getchar();
        return 0;
    }

![这里写图片描述][70 5]

2.实参是表达式。

#include "stdafx.h"
    #include<iostream>
    #define SQ(y) (y)*(y) //定义带参数的宏
    
    using namespace std;
    
    int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
    {
        int a,sq;
        cout<<"input a numbers:"<<endl;
        cin>>a;
        sq =SQ(a+1);
        cout<<"sq="<<sq<<endl;//使用宏
    
        getchar();
        getchar();
        return 0;
    }

![这里写图片描述][70 6]  
宏展开得到的语句为：  
sq=(a+1)\*(a+1)

对于括号放在不同的位置，在宏展开时会得到不同的语句  
3.宏定义中去掉括号

#include "stdafx.h"
    #include<iostream>
    #define SQ(y) y*y //定义带参数的宏
    
    using namespace std;
    
    
    int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
    {
        int a,sq;
        cout<<"input a numbers:";
        cin>>a;
        sq =SQ(a+1);
        cout<<"sq="<<sq<<endl;//使用宏
    
        getchar();
        getchar();
        return 0;
    }

![这里写图片描述][70 7]

宏展开得到的语句为：  
sq=a+1\*a+1  
4.宏定义上加上括号，宏调用语句改成16/SQ（a+1）

#include "stdafx.h"
    #include<iostream>
    #define SQ(y) (y)*(y) //定义带参数的宏
    
    using namespace std;
    
    
    int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
    {
        int a,sq;
        cout<<"input a numbers:";
        cin>>a;
        sq =16/SQ(a+1);
        cout<<"sq="<<sq<<endl;//使用宏
    
        getchar();
        getchar();
        return 0;
    }

![这里写图片描述][70 8]

宏展开得到的语句为  
sq=16/(a+1)\*(a+1)  
5.给宏整体加上括号

#include "stdafx.h"
    #include<iostream>
    #define SQ(y) ((y)*(y)) //定义带参数的宏
    
    using namespace std;
    
    
    int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
    {
        int a,sq;
        cout<<"input a numbers:";
        cin>>a;
        sq =16/SQ(a+1);
        cout<<"sq="<<sq<<endl;//使用宏
    
        getchar();
        getchar();
        return 0;
    }

![这里写图片描述][70 9]

**内联函数**

内联函数也称为内嵌函数，当在一个函数的定义或声明前加上关键字inline则就把该函数定义为内联函数，主要用于解决程序的运行效率。  
例该例定义了一个内联函数abs（）用于求一个整数的绝对值，再在主函数中调用该内联函数。

#include "stdafx.h"
    #include<iostream>
    
    using namespace std;
    
    inline int abs(int x)   //定义内联函数abs
    {
        return x<0?-x:x;    //输出一个整数的绝对值
    }
    
    
    int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
    {
        int a,b=3,c,d=-4;
        a=abs(b);//调用函数
        c=abs(d);//调用函数
        cout<<"a="<<a<<",c="<<c<<endl;
    
        getchar();
        getchar();
        return 0;
    }

![这里写图片描述][70 10]  
内联函数和普通函数调用得到的结果是相同的，但是其内部的执行时不同的，调用内联函数时，编译系统直接将内联函数代码替换到主函数调用的地方，普通函数则是通过参数传递，将函数的结果返回到主函数。

**宏与函数的区别**  
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做计算直接地代换。这导致了即使把同一表达式用函数处理与用宏处理，两者的结果可能是不同的。

例a

#include "stdafx.h"
    #include<iostream>
    
    using namespace std;
    
    int SQ(int);
    
    int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
    {
        int i =1;
        while(i<=5)
            cout<<SQ(i++)<<"\t";
        cout<<endl;
    
        getchar();
        getchar();
        return 0;
    }
    
    int SQ(int y)
    {
        return ((y)*(y));
    }

![这里写图片描述][70 11]

例b

// lianxi.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
    //
    
    
    
    #include "stdafx.h"
    #include<iostream>
    #define SQ(y) ((y)*(y))
    
    using namespace std;
    
    
    
    int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
    {
        int i =1;
        while(i<=5)
            cout<<SQ(i++)<<"\t";
        cout<<endl;
    
        getchar();
        getchar();
        return 0;
    }

![这里写图片描述][70 12]  
例a中函数调用把实参i值传给形参y后自增1，然后输出函数值，因而要循环5次。  
例b中宏调用时，只做代换。SQ（i++）被代换为（（i++）\*（i++））。每次循环后i的值会增加2。

## 文件包含 ##

文件包含是指一个C++源程序中将另一个C++源程序包含进来。通过`#include`预处理命令实现。

**\#include命令**  
文件包含命令。其意义是把尖括号<>或引号”“内指定的文件包含到本程序来，称为本程序的一部分。被包含的文件通常是与系统提供的，其扩展名为.h也称为头文件或首部文件。  
一般形式：

#include "文件名"
    或者
    #include <文件名>

使用尖括号表示去在包含文件目录中去找。  
使用双引号表示首先在当前的源文件目录中查找，若未找到才到包含目录中取寻找。

**合理使用文件包含**  
文件包含的 作用是在系统编译之前，将包含文件中的内容复制到当前文件的当前位置之后，再进行编译。

//file1.cpp
    //
    #include "stdafx.h"
    double Add(double a,double b)
    {
        return a+b;
    }
    
    //file2.cpp
    
    #include "stdafx.h"
    #include<iostream>
    #include "file1.cpp"//包含file1.cpp文件
    
    using namespace std;
    
    
    int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
    {
        double a,b;
        double e,f;
        a=3;
        b=2;
        e=Add(a,2);
        f=Add(b+1,2);
        cout<<e<<"\t"<<f<<endl;
    
        getchar();
        getchar();
        return 0;
    }

例：  
如果在程序中需要使用数据库函数，在文件中加入如下代码

#include <math.h>
    或
    #include "math.h"

区别在于：遇到`#include <math.h>`命令时系统从默认的头文件目录中查找文件math.h文件；而遇到`#include "math.h"`时系统首先从当前的目录搜索，如果没有找到在默认的头文件目录中查找文件math.h文件。

## 条件编译 ##

条件编译可以按不同的条件去编译不同的程序部分。

**\#ifdef形式**

`#ifdef形式`是指该形式的第一个编译命令为`#ifdef形式`，这种形式结构如下

#ifdef形式 标识符
        程序段1
    #else
        程序段2
    #endif

编译功能是如果标识符已被`#define`命令定义过，对程序段1进行编译，否则对程序段2进行编译。如果没有程序段2（其为空）则本形式中的`#else`可以没有。即可以改为

#ifdef形式 标识符
        程序段1
    #endif

例：

// lianxi.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
    //
    
    
    
    
    //file2.cpp
    
    #include "stdafx.h"
    #include<iostream>
    #define PI 3.1415926
    
    using namespace std;
    
    
    int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
    {
        double radius,sr,a,ss;
    #ifdef PI
        {
            cout<<"please input radius:"<<endl;
            cin>>radius;
            sr=PI*radius*radius;
            cout<<"the circle area is"<<"\t"<<sr<<endl;
        }
    #else
        {
            cout<<"please input a:"<<endl;
            cin>>a;
            ss=a*a;
            cout<<"the square area is:"<<"\t"<<ss<<endl;
        }
    #endif
    
        getchar();
        getchar();
        return 0;
    }

![这里写图片描述][70 13]  
因为PI 已经在第一行定义了，所以编译第一个程序块的语句。  
如果注释掉就会运行第二个程序块的语句。结果为  
![这里写图片描述][70 14]

**\#ifndef形式**  
`#ifndef形式`是指该形式的第一个编译命令为`#ifndef形式`，这样的形式结构如下

#ifndef 标识符
        程序段1
    #else
        程序段2
    #endif

`#ifndef`形式与第一种形式的区别是将“ifdef”改为了“ifndef”，其功能是，如果标识符未被`#define`命令定义过，则对程序段1进行编译，否则对程序段2进行编译。

**\#if形式**  
`#if`形式是指该形式的第一个编译命令为\#if，结构如下

#if 常量表达式
        程序段1
    #else
        程序段2
    #endif

这种形式的条件编译结构功能是，如果常量表达式的值为真（非0），则对程序段1进行编译，否则对程序段2进行编译，因此其可以使程序在不同条件下，完成不同的功能。

// lianxi.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
    //
    
    
    
    
    
    
    #include "stdafx.h"
    #include<iostream>
    #define flag 1
    
    using namespace std;
    
    
    int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
    {
    #if flag
        {
            double radius,sr;
            cout<<"please input radius:"<<endl;
            cin>>radius;
            sr=3.1415926*radius*radius;
            cout<<"the circle area is"<<"\t"<<sr<<endl;
        }
    #else
        {
            double a,ss;
            cout<<"please input a :"<<endl;
            cin>>a;
            ss=a*a;
            cout<<"the square area is"<<"\t"<<ss<<endl;
        }
    #endif
    
        getchar();
        getchar();
        return 0;
    }

![这里写图片描述][70 15]

## 其他命令 ##

**\#error命令**  
‘\#error’指令用于程序的调试，在编译中遇到\#error指令就停止编译。一般形式

#error 出错信息

提供\#error命令的目的是保证程序时按照用户所设想的那样编译。系统编译程序时，只要遇到\#error就会跳出一个编译错误，用户就可以知道程序是否正常执行。

**\#line命令**

`#line`命令用于控制行号，一般在发布错误和警告信息时使用。当出错时显示文件中的行数及希望显示的文件名。命令的格式为：

#line number "filename"

此处的number是将会赋给下一行的新行数，其后面的行数从这一点出个递增。filename是一个可选参数，用来替换自此以后出错时显示的文件名，直到有另外一个`#line`指令替换它或直到文件末尾。  
例如

#line 1 "assigning variable"
    int a?;

这段代码将会产生一个错误，显示为在文件“assigning variable”,line1.

参考：《21天学通C++》作者：刘蕾

[70]: /images/20220514/597b1157c1704ea59f6fbbe6a0403525.png
[70 1]: /images/20220514/cdd7dd4502d440f9ad2b4333b41aff06.png
[70 2]: /images/20220514/4807137fb6cb41198ccaaa40d9ee5be9.png
[70 3]: /images/20220514/5b1cfed6ac9f4bcf8016e0b3b18633ef.png
[70 4]: /images/20220514/f11f6d3d7134497982e866c10b4ce3a9.png
[70 5]: /images/20220514/ef3a7c329717476ba1954be8176b5b23.png
[70 6]: /images/20220514/54f243306bf2487d9a05ddc47d48f7db.png
[70 7]: /images/20220514/3a073dbd19bb41c7b48d86bbbbc07a0f.png
[70 8]: /images/20220514/8b8a7f43b29a4f4d9e20f65af88414ec.png
[70 9]: /images/20220514/3594f8ccfda94a3aa1e91c2832ff7480.png
[70 10]: /images/20220514/01a9ea222c3b41339b431da0bab8006b.png
[70 11]: /images/20220514/40223e666c2942c6b74786a375c2a7de.png
[70 12]: /images/20220514/e320a59258734dc5a4dd9f809f744df7.png
[70 13]: /images/20220514/9197cb8c589248759b1b16ce7d3f0958.png
[70 14]: /images/20220514/1a4bac6a08b7452081bfa4c241d4e60c.png
[70 15]: /images/20220514/5953c37e7f80423ca8d5435f34f20297.png