C/C++预处理详解

1 预处理介绍

        对于任何一种非机器语言，都需要编译为机器语言，程序才能执行。高级语言（C语言/C++）在进行编译的时候，一般过程为预处理、编译、链接。本文主要总结C/C++中预处理的相关知识。

1.1 预处理命令  

        编译预处理命令：以#开头，以回车结束，独占一行；可出现在程序的任何位置，常置于源程序的开始；不属于C++的语法范畴。

        常用的预处理命令有：

#include
包含头文件

#if
条件

#else
否则

#elif
否则如果

#endif
结束条件

#ifdef
或 #if defined如果定义了一个符号,
就执行操作

#ifndef
或 #if !defined如果没有定义一个符号，就指执行操作

#define
定义一个符号

#undef
删除一个符号

#line
重新定义当前行号和文件名

#error
输出编译错误消息，停止编译

#pragma
提供机器专用的特性，同时保证与C++的完全兼容

1.2      预处理的作用

       
常见的预处理有：文件包含，条件编译和宏替换

文件包含
        为什么要用文件包含，在C/C++，为了方便程序员写代码，开发者将常用的函数等放在标准库中，当程序员需要用到某个功能的函数的时候就不需要自己在写代码，而自己将标准库中对应的文件包含进来，就可以直接用里面的函数。再者，程序员自己为了方便程序的管理，需要自己定义头文件。文件包含的命令如下：

#include <stdio.h>
#include“stdio.h”
#include <iostream>

        关于<>和“”。前者<>编译器只搜索包含标准库头文件的默认目录。后者首先搜索正在编译的源文件所在的目录，找不到时再搜索包含标准库头文件的默认目录。如果把头文件放在其他目录下，为了查找到它，必须在双引号中指定从源文件到头文件的完整路径。一般，包含系统的标准库中的头文件用<>，用户自己定义的头文件用“”。

条件编译
        一般情况下，源程序的所有代码行都会参加编译，以生成目标代码。但有时，需要根据不同的情况，生成不同的目标代码，这是就需要条件编译。条件编译命令可以使得编译器按不同的条件去编译程序不同的部分，产生不同的目标代码文件。

条件编译的常用格式有一下三种：

格式1：

#ifdef <标识符>
//程序段1
#else
//程序段2
#endif
格式2：

#ifndef <标识符>
//程序段1
#else
//程序段2
#endif
格式3：

#if <常量表达式1>
//程序段1
#elif <常量表达式2>
//程序段2
……
……
#elif <常量表达式n>
//程序段n
#else
//程序段n+1
#endif
        条件编译主要的运用包括：防止头文件重复引用，调试程序输出必要信息等。

防止头文件重复引用

        为了避免同一个文件被include多次，C/C++中有两种方式，一种是#ifndef方式，一种是#pragma
once方式。在能够支持这两种方式的编译器上，二者并没有太大的区别，但是两者仍然还是有一些细微的区别。在自己定义的头文件mylib.h中。

 
方式一：

#ifndefine _MY_H_
#define _MY_H_
//my.h中的其他内容
//
#endif
 
方式二：

#pragma once
... ... //声明、定义语句
            #ifndef的方式受C/C++语言标准支持。它不光可以保证同一个文件不会被包含多次，也能保证内容完全相同的两个文件（或者代码片段）不会被不小心同时包含。

        当然，缺点就是如果不同头文件中的宏名不小心“撞车”，可能就会导致你看到头文件明明存在，编译器却硬说找不到声明的状况——这种情况有时非常让人抓狂。

    
4000
    由于编译器每次都需要打开头文件才能判定是否有重复定义，因此在编译大型项目时，ifndef会使得编译时间相对较长，因此一些编译器逐渐开始支持#pragma once的方式。

           #pragma once一般由编译器提供保证：同一个文件不会被包含多次。注意这里所说的“同一个文件”是指物理上的一个文件，而不是指内容相同的两个文件。你无法对一个头文件中的一段代码作pragma once声明，而只能针对文件。

其好处是，你不必再费劲想个宏名了，当然也就不会出现宏名碰撞引发的奇怪问题。大型项目的编译速度也因此提高了一些。

对应的缺点就是如果某个头文件有多份拷贝，本方法不能保证他们不被重复包含。当然，相比宏名碰撞引发的“找不到声明”的问题，这种重复包含很容易被发现并修正。

          #pragma once方式产生于#ifndef之后，因此很多人可能甚至没有听说过。目前看来#ifndef更受到推崇。因为#ifndef受C/C++语言标准的支持，不受编译器的任何限制；而#pragma
once方式却不受一些较老版本的编译器支持，一些支持了的编译器又打算去掉它，所以它的兼容性可能不够好。

Debug模式输出必要信息

        在程序调试时，经常需要在源程序中插入一些程序调试语句（主要是一些条件判断语句和输出语句）。这些语句是为了帮助程序调试而插入的，在调试完成后还需要逐一删除。如果用手工删除就显得比较麻烦，而且容易出错。这时，可以用条件编译命令来实现自动处理，其代码如下：

#define DEBUG 1
……
……
#if DEBUG
cout << "OK!"<<endl;
#endif
……
……
#if DEBUG
if (x<0)
cout << "Error : x < 0 "<<endl;
#endif
……
……
    在该例中，#if和#endif之间的程序段是专门用于程序调试的。当程序调试完成后，应取消这些语句。这时，可将DEBUG的宏定义改为：

#define DEBUG 0
宏替换
        首先说明一下。宏在C语言里极其重要，而在C++里用的很少。关于宏的第一规则是绝不应该去使用它，除非不得不这样做。几乎每个宏都表明程序设计语言里、程序里或者程序员的一个缺陷，因为他将编译器看到程序的正文之前重新摆布这些正文。宏也是许多程序设计工具的主要麻烦。

宏是代码处不加任何验证的简单替换。宏不是函数，并不会做任何参数类型的检验。这是使用宏不可避免的缺陷。

常量宏

格式：

#define标识符字符或字符串

其中标识符为宏名。

eg. #define PI 3.1415926

带参宏

格式：

#define宏名(参数表)使用参数的字符或字符串

eg. #define AREA(a,b) a*b

b=AREA(2.0,7.8);

2 预处理中的问题

       
C/C++编译系统编译程序的过程为预处理、编译、链接。那么具体一个工程在编译的时候预处理是怎样实现的呢？（最近总是被这类问题困扰）

 

Q1：对于有多个源文件的工程，编译时，先预处理再编译。那么是以源文件为单位，预处理源文件1，编译源文件1，在预处理文件2，编译文件2，…？还是，预处理源文件1，预处理源文件2，…，编译源文件1，编译文件2，…？编译的顺序是怎样的？

A：编译时，以源文件为单位，预处理源文件1，编译源文件1，在预处理文件2，编译文件2，…。

 

Q2：对于有多个源文件的工程，编译是从哪个头文件开始的？头文件，cpp文件，还是有main函数的cpp文件开始？

A：这个问题是个很难回答的问题，可能不同的编译器对此的处理都不相同。但是这个问题也不是特别重要，因为实际上，编译器会将不同的源文件分别、单独地编译成模块，然后再连接成一个可执行程序，因为都是独立编译的，理论上说编译顺序是不重要的。

 

Q3：针对一个源文件，编译时，预处理是怎么进行的？如下cpp源文件.

//test.cpp
#include <iostream>
#define DEBUG 1
using namespace std;
Void main(void)
{
Cout<<“XXXX”<<endl;
#if DEBUG
Cout<<“debugging”<<endl;
#else
Cout<<“not debugging”<<endl;
#endif
}
A：对test.cpp文件进行编译的时候，并不是扫描一遍整个源文件，找出其中的所有预处理命令，预处理完了再对整个程序进行编译。实际上，对该文件进行编译的时候，是从程序的第一行开始一行一行编译的。那为什么编译时都说“先预处理，再编译”呢？那是因为我们通常将预处理命令放在文件的开头，其实我我们自己在控制什么时候进行预处理，而不是编译器本来。其实要理解这点也并不难，不管是预处理命令也好，还是一般命令也好，都是命令。而编译器对待命令都是一样的。如上面的程序，如果我们将#include
<iostream>放在文件最后，那么编译是无法通过的。所以“先预处理，再编译”是程序员自己控制的，并不是编译器控制的。

 

参考：http://baike.baidu.com/view/2129177.htm

            http://www.cnblogs.com/lidabo/archive/2012/08/27/2658909.html

            http://blog.csdn.net/hzxph/article/details/6665089