C 语言 之 预处理-------- 宏定义

标签：宏定义

1 概述
　　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。

2  宏定义：（替换 思想）

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。

2.1

无参宏定义  :  无参宏的宏名后 不带参数。

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。

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。

注意：

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 "%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 含参数的宏定义

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=%d\n",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=%d\n",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=%d\n",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=%d\n",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=%d\n",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<=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++));
}
　　在上例中函数名为SQ，形参为Y，函数体表达式为((y)*(y))。在例9.6中宏名为SQ，形参也为y，字符串表达式为(y)*(y))。 两例是相同的。例9.6的函数调用为SQ(i++)，例9.7的宏调用为SQ(i++)，实参也是相同的。从输出结果来看，却大不相同。分析如下：在例9.6中，函数调用是把实参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。输出1～5的平方值。而在例9.7中宏调用时，只作代换。SQ(i++)被代换为((i++)*(i++))。在第一次循环时，由于i等于1，其计算过程为：表达式中前一个i初值为1，然后i自增1变为2，因此表达式中第2个i初值为2，两相乘的结果也为2，然后i值再自增1，得3。在第二次循环时，i值已有初值为3，因此表达式中前一个i为3，后一个i为4， 乘积为12，然后i再自增1变为5。进入第三次循环，由于i 值已为5，所以这将是最后一次循环。计算表达式的值为5*6等于30。i值再自增1变为6，不再满足循环条件，停止循环。从以上分析可以看出函数调用和宏调用二者在形式上相似， 在本质上是完全不同的。

6. 宏定义也可用来定义多个语句，在宏调用时，把这些语句又代换到源程序内。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);
}
　　程序第一行为宏定义，用宏名SSSV表示4个赋值语句，4 个形参分别为4个赋值符左部的变量。在宏调用时，把4 个语句展开并用实参代替形参。使计算结果送入实参之中。

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