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C 語言 之 預處理-------- 宏定義

編輯:關於C語言

1 概述
  使用過以“#”號開頭的預處理命令。如包含命令# include,宏定義命令# define等。在源程序中這些命令都放在函數之外, 而且一般都放在源文件的前面,它們稱為預處理部分。


  所謂預處理是指在進行編譯的第一遍掃描(詞法掃描和語法分析)之前所作的工作。預處理是C語言的一個重要功能, 它由預處理程序負責完成。當對一個源文件進行編譯時, 系統將自動引用預處理程序對源程序中的預處理部分作處理, 處理完畢自動進入對源程序的編譯。

  C語言提供了多種預處理功能,如宏定義、文件包含、 條件編譯等。合理地使用預處理功能編寫的程序便於閱讀、修改、 移植和調試,也有利於模塊化程序設計。

2 宏定義:(替換 思想)

在C語言源程序中允許用一個標識符來表示一個字符串, 稱為“宏”。被定義為“宏”的標識符稱為“宏名”。在編譯預處理時,對程序中所有出現的“宏名”,都用宏定義中的字符串去代換, 這稱為“宏代換”或“宏展開”。

宏定義是由源程序中的宏定義命令完成的。 宏代換是由預處理程序自動完成的。在C語言中,“宏”分為有參數和無參數兩種。


2.1

無參宏定義 : 無參宏的宏名後 不帶參數。

定義的一般形式為: #define 標識符 字符串

其中的“#”表示這是一條預處理命令。凡是以“#”開頭的均為預處理命令。“define”為宏定義命令。 “標識符”為所定義的宏名。“字符串”可以是常數、表達式、格式串等。

例如:

#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=%d\n",s);
}
  上例程序中首先進行宏定義,定義M表達式(y*y+3*y),在s= 3*M+4*M+5* M中作了宏調用。在預處理時經宏展開後該語句變為:s=3*(y*y+3*y)+4(y*y+3*y)+5(y*y+3*y);但要注意的是,在宏定義中表達式(y*y+3*y)兩邊的括號不能少。否則會發生錯誤。
當作以下定義後: #difine M y*y+3*y在宏展開時將得到下述語句: s=3*y*y+3*y+4*y*y+3*y+5*y*y+3*y;這相當於; 3y2+3y+4y2+3y+5y2+3y;顯然與原題意要求不符。計算結果當然是錯誤的。


注意:

1 宏定義是用宏名來表示一個字符串,在宏展開時又以該字符串取代宏名,這只是一種簡單的代換,字符串中可以含任何字符,可以是常數,也可以是表達式,預處理程序對它不作任何檢查。如有錯誤,只能在編譯已被宏展開後的源程序時發現。

2 宏定義不是說明或語句,在行末不必加分號,如加上分號則連分號也一起置換。

3. 宏定義必須寫在函數之外,其作用域為宏定義命令起到源程序結 束。如要終止其作用域可使用# undef命令,例如: # define PI 3.14159
main()
{
……
}
# undef PIPI的作用域
f1()
....表示PI只在main函數中有效,在f1中無效。
4. 宏名在源程序中若用引號括起來,則預處理程序不對其作宏代換。
#define OK 100
main()
{
printf("OK");
printf("\n");
}
上例中定義宏名OK表示100,但在printf語句中OK被引號括起來,因此不作宏代換。程序的運行結果為:OK這表示把“OK”當字符串處理。

5. 宏定義允許嵌套,在宏定義的字符串中可以使用已經定義的宏名。在宏展開時由預處理程序層層代換。例如: #define PI 3.1415926
#define S PI*y*y /* PI是已定義的宏名*/對語句: printf("%f",s);在宏代換後變為: printf("%f",3.1415926*y*y);

6. 習慣上宏名用大寫字母表示,以便於與變量區別。但也允許用小寫字母。

7. 可用宏定義表示數據類型,使書寫方便。例如: #define STU struct stu在程序中可用STU作變量說明: STU body[5],*p;#define INTEGER int 在程序中即可用INTEGER作整型變量說明: INTEGER a,b; 應注意用宏定義表示數據類型和用typedef定義數據說明符的區別。宏定義只是簡單的字符串代換,是在預處理完成的,而typedef是在編譯時處理的,它不是作簡單的代換, 而是對類型說明符重新命名。被命名的標識符具有類型定義說明的功能。請看下面的例子: #define PIN1 int* typedef (int*) PIN2;從形式上看這兩者相似, 但在實際使用中卻不相同。下面用PIN1,PIN2說明變量時就可以看出它們的區別: PIN1 a,b;在宏代換後變成 int *a,b;表示a是指向整型的指針變量,而b是整型變量。然而:PIN2 a,b;表示a,b都是指向整型的指針變量。因為PIN2是一個類型說明符。由這個例子可見,宏定義雖然也可表示數據類型, 但畢竟是作字符
代換。在使用時要分外小心,以避出錯。

8. 對“輸出格式”作宏定義,可以減少書寫麻煩。例9.3 中就采用了這種方法。
#define P printf
#define D "%d\n"
#define F "%f\n"
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);
}

2.2 含參數的宏定義

C語言允許宏帶有參數。在宏定義中的參數稱為形式參數, 在宏調用中的參數稱為實際參數。對帶參數的宏,在調用中,不僅要宏展開, 而且要用實參去代換形參。

  帶參宏定義的一般形式為: #define 宏名(形參表) 字符串 在字符串中含有各個形參。帶參宏調用的一般形式為: 宏名(實參表);
例如:
#define M(y) y*y+3*y /*宏定義*/
:
k=M(5); /*宏調用*/
: 在宏調用時,用實參5去代替形參y, 經預處理宏展開後的語句
為: 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=%d\n",max);
}
  上例程序的第一行進行帶參宏定義,用宏名MAX表示條件表達式(a>b)?a:b,形參a,b均出現在條件表達式中。程序第七行max=MAX(x,
y)為宏調用,實參x,y,將代換形參a,b。宏展開後該語句為: max=(x>y)?x:y;用於計算x,y中的大數。對於帶參的宏定義有以下問題需要說明:

1. 帶參宏定義中,宏名和形參表之間不能有空格出現。
例如把: #define MAX(a,b) (a>b)?a:b寫為: #define MAX (a,b) (a>b)?a:b 將被認為是無參宏定義,宏名MAX代表字符串 (a,b)(a>b)?a:b。
宏展開時,宏調用語句: max=MAX(x,y);將變為: max=(a,b)(a>b)?a:b(x,y);這顯然是錯誤的。

2. 在帶參宏定義中,形式參數不分配內存單元,因此不必作類型定義。而宏調用中的實參有具體的值。要用它們去

代換形參,因此必須作類型說明。 這是與函數中的情況不同的。在函數中,形參和實參是兩個不同的量,各有自己的作用域,調用時要把實參值賦予形參,進行“值傳遞”。而在帶參宏中,只是符號代換,不存在值傳遞的問題。

3. 在宏定義中的形參是標識符,而宏調用中的實參可以是表達式。
#define SQ(y) (y)*(y)
main(){
int a,sq;
printf("input a number: ");
scanf("%d",&a);
sq=SQ(a+1);
printf("sq=%d\n",sq);
}
  上例中第一行為宏定義,形參為y。程序第七行宏調用中實參為a+1,是一個表達式,在宏展開時,用a+1代換y,再用(y)*(y) 代換SQ,得到如下語句: sq=(a+1)*(a+1); 這與函數的調用是不同的, 函數調用時要把實參表達式的值求出來再賦予形參。 而宏代換中對實參表達式不作計算直接地照原樣代換。

4. 在宏定義中,字符串內的形參通常要用括號括起來以避免出錯。 在上例中的宏定義中(y)*(y)表達式的y都用括號括起來,因此結果是正確的。如果去掉括號,把程序改為以下形式:
#define SQ(y) y*y
main(){
int a,sq;
printf("input a number: ");
scanf("%d",&a);
sq=SQ(a+1);
printf("sq=%d\n",sq);
}
運行結果為:input a number:3
sq=7 同樣輸入3,但結果卻是不一樣的。問題在哪裡呢? 這是由於代換只作符號代換而不作其它處理而造成的。 宏代換後將得到以下語句: sq=a+1*a+1; 由於a為3故sq的值為7。這顯然與題意相違,因此參數兩邊的括號是不能少的。即使在參數兩邊加括號還是不夠的,請看下面程序:
#define SQ(y) (y)*(y)
main(){
int a,sq;
printf("input a number: ");
scanf("%d",&a);
sq=160/SQ(a+1);
printf("sq=%d\n",sq);
}
  本程序與前例相比,只把宏調用語句改為: sq=160/SQ(a+1); 運行本程序如輸入值仍為3時,希望結果為10。但實際運行的結果如下:input a number:3 sq=160為什麼會得這樣的結果呢?分析宏調用語句,在宏代換之後變為: sq=160/(a+1)*(a+1);a為3時,由於“/”和“*”運算符優先級和結合性相同, 則先作160/(3+1)得40,再作40*(3+1)最後得160。為了得到正確答案應在宏定義中的整個字符串外加括號, 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=%d\n",sq);
}
以上討論說明,對於宏定義不僅應在參數兩側加括號, 也應在整個字符串外加括號。

5. 帶參的宏和帶參函數很相似,但有本質上的不同,除上面已談到的各點外,把同一表達式用函數處理與用宏處理兩者的結果有可能是不同的。main(){
int i=1;
while(i<=5)
printf("%d\n",SQ(i++));
}
SQ(int y)
{
return((y)*(y));
}#define SQ(y) ((y)*(y))
main(){
int i=1;
while(i<=5)
printf("%d\n",SQ(i++));
}
  在上例中函數名為SQ,形參為Y,函數體表達式為((y)*(y))。在例9.6中宏名為SQ,形參也為y,字符串表達式為(y)*(y))。 兩例是相同的。例9.6的函數調用為SQ(i++),例9.7的宏調用為SQ(i++),實參也是相同的。從輸出結果來看,卻大不相同。分析如下:在例9.6中,函數調用是把實參i值傳給形參y後自增1。 然後輸出函數值。因而要循環5次。輸出1~5的平方值。而在例9.7中宏調用時,只作代換。SQ(i++)被代換為((i++)*(i++))。在第一次循環時,由於i等於1,其計算過程為:表達式中前一個i初值為1,然後i自增1變為2,因此表達式中第2個i初值為2,兩相乘的結果也為2,然後i值再自增1,得3。在第二次循環時,i值已有初值為3,因此表達式中前一個i為3,後一個i為4, 乘積為12,然後i再自增1變為5。進入第三次循環,由於i 值已為5,所以這將是最後一次循環。計算表達式的值為5*6等於30。i值再自增1變為6,不再滿足循環條件,停止循環。從以上分析可以看出函數調用和宏調用二者在形式上相似, 在本質上是完全不同的。

6. 宏定義也可用來定義多個語句,在宏調用時,把這些語句又代換到源程序內。看下面的例子。
#define SSSV(s1,s2,s3,v) s1=l*w;s2=l*h;s3=w*h;v=w*l*h;
main(){
int l=3,w=4,h=5,sa,sb,sc,vv;
SSSV(sa,sb,sc,vv);
printf("sa=%d\nsb=%d\nsc=%d\nvv=%d\n",sa,sb,sc,vv);
}
  程序第一行為宏定義,用宏名SSSV表示4個賦值語句,4 個形參分別為4個賦值符左部的變量。在宏調用時,把4 個語句展開並用實參代替形參。使計算結果送入實參之中。


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