【2011.8.2】<C++学习笔记>预处理功能

预处理功能介绍
       为有助于执行编译过程，经常可以使用一些预处理命令。每条预处理命令都具备一定的预处理功能。       常用的预处理命令有以下三项：
              1.宏定义命令
              2.文件包含命令
              3.条件编译命令。
预处理命令具有以下特点：
1．在左边加 # 号，作为标志。
2．一般独占一行。
3．预处理命令不是编程语句，因此句末不加分号。
4．在正常编译过程之前作为预备动作而执行，编译过程结束后不占用存储空间。


宏定义命令
简单宏定义
例如：
#define  PI  3.14159
#define  SIZE  80
宏定义命令被执行时，用字符串替代宏名，例如用3.14159替代PI，用80替代SIZE，等。
[例1]计算圆周长和面积。
#define  PI  3.14159
void main( )
{
        double circum, area, r = 3;
        circum = 2 * PI * r;
        area = PI * r * r;
}
宏定义命令被执行时，不作语法检查。例如，用户希望将EXEC宏替代整句语句（例如int i=5；），使用以下宏：
#define  EXEC  int i=5
其中遗漏了分号（int i=5；才是完整语句），但因不作语法检查，因此查不出以上错误，而直到编译系统将其它使用该宏的语句进行编译时才能发现错误。
带参数宏定义
注意：带参数宏定义并不是函数
例如：
#define  ADD(x,y)  x+y
[例1]计算两数之和。
#include <iostream.h>
#define  ADD(x,y)  x+y
void main( )
{
        int a(40), b(50);                        //将a、b分别初始化为40、50
        int sum = ADD(a, b);        //宏替代结果为int sum = a + b;
        cout<<sum;
}
运行结果：
90

宏替代的操作服从于运算符的优先级，见下例：
[例2]计算数的平方。
// macro_3.cpp
// Attention in defining macro
// From Lv's book, p.85
#define         SQ(x)  x*x
#include <iostream.h>
void main()
{
        int a = 2, b = 3;
        cout << SQ(a+b) << endl;
        //由于乘法运算符优先级高于加法运算符，所以执行a+b*a+b
}
/* Result:
        should be 25, but we get
        a+b*a+b=11                */       
问题出在优先级，应改正如下：
// macro_1.cpp
#define         SQ(x)                 (x)*(x)
#include <iostream.h>
void main()
{
        int a = 2, b = 3;
        cout << SQ(a+b) << endl;        //即(a+b)*(a+b)
}
/* Result:
        25                        */
请注意：宏不是函数（子程序）！
宏与函数的区别：宏节省时间但占用空间；函数节省空间但增加时间！

文件包含
如果以上所述的宏定义语句很多，则可将它们包含于一个单独的文件中，例如 "macros.h" 中。此macros.h文件内容例如可为：
// macros.h
#define MAX 32 #define sq(n)         (n)*(n)
#define  PI  3.14159
…        …
此时用户程序可简化为只包含以下一条语句：
#include         "macros.h"
即可执行以上所有宏命令。
以上macros.h称为头文件（header files）（或称包含文件，include files）。
其中系统所定义的头文件名称（例如iostream.h）使用尖括弧< >将头文件名称iostream.h包括起来，系统就根据这点到系统的文件夹中去调用；而用户自定义的头文件则用双引号" "将头文件名称包括起来，例如"macros.h"。系统就根据这点到用户程序的文件夹中去调用。请注意区别此点。
C＋＋语言系统中有很多头文件，它们除包含宏替代定义语句外，更主要包含函数原型和类的定义或类的接口，及其所用各种数据类型的全局变量、外部静态变量和常量的定义。


条件编译
条件编译命令的功能是规定某些语句（或某个程序块）在一定条件下才参加编译，否则跳过不予理睬。
其主要用途为：防止遗漏定义或避免重复定义；以及在测试时增加某些测试语句，以实现调试跟踪的目的。本节主要讲防止遗漏定义或避免重复定义的功能。
其格式为：
#ifdef        （常量表达式）（或 #if defined（常量表达式））
                [条件编译语句]
#endif
或
#ifndef        （常量表达式）（或 #if not defined（常量表达式））
                [条件编译语句]
#endif
以上语句中，当常量表达式无定义时，就编译两个条件编译命令#ifdef（或#ifndef）与#endif之间的条件编译语句。
条件编译命令也可表达如：
#if        （常量表达式）
                [条件编译语句]
#endif
此时如常量表达式非零，则满足编译条件，编译两个条件编译命令#if与#endif之间的条件编译语句。
现在讲解其避免遗漏定义和避免重复定义的功能：
以下使用        ＃ifndef  MAX，此即（# if not defined MAX）或（＃if  !defined  MAX） 
例题：
// test_ifndef_1.cpp
// To prevent the missing of macro definition
#include <iostream.h>
#ifndef MAX
#define MAX 32
#endif
void main()
{
        cout << "MAX is " << MAX << endl;
}
/* Result:
    MAX is 32                                */
上例中MAX没有定义，所以执行条件编译语句#define MAX 32语句。
例此例中MAX已经定义过了，故不执行条件编译语句
// test_ifndef_2.cpp
// To prevent the missing of macro definition
#include <iostream.h>
#define MAX 10
#ifndef MAX
#define MAX 32
#endif
void main()
{
        cout << "MAX  is " << MAX << endl;
}
/* Result:
    MAX  is  10                                */
上例中MAX已被定义为等于10，所以不执行条件编译语句#define MAX 32语句。再说，如果真是执行了条件编译语句#define MAX 32语句，必将会出现如下警告：
warning: 'MAX' : macro redefinition
test_ifndef_2.cpp(6) : see previous definition of 'MAX'
再看避免重复包含头文件的例子：
[例3]防止重复包含头文件。
设已有头文件如下：
// ifndef.h
// To avoid the duplication of include files
#if        !defined(_IFNDEF_H)
#define _IFNDEF_H
int var=1;                //global variable
#endif                //_IFNDEF_H
用户应用程序如下：
// test_ifndef_3.cpp
// To prevent the duplication of macro definition
#include <iostream.h>
#include "ifndef.h"
#include "ifndef.h"                //看似重复包含，实则不予执行
void main()
{
        cout << "变量var = " << var << endl;
}
/* Result:
变量var = 1
*/
此程序中虽然多了一句#include "ifndef.h"，但第二句不起作用。原因在于头文件中使用了条件编译功能。怎么知道重复包含的第二句不起作用？因为如果包含第二句的话，将会出错。如下：
// test_ifndef_4.cpp
// The error of the duplication of macro definition
#include <iostream.h>
int var=1;
int var=1;
void main()
{
        cout << "变量var = " << var << endl;
}
/* Result : Not working
error C2374: 'var' : redefinition; multiple initialization
*/
在任何头文件中，都必须使用上述条件编译语句以便避免重复包含。在有些头文件中，也可能使用语句#pragma   once，只要在头文件的初始部分加入这条指令，就能够保证头文件只被编译一次。有时同时使用条件编译语句#if  !defined(_IFNDEF_H)和#pragma语句。
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