C 预处理器
C 预处理器(CPP)是编译过程中的独立阶段，在实际编译前对源代码进行文本处理。主要功能包括：
宏展开
文件包含
条件编译
特殊指令处理
C 预处理器不是编译器的组成部分，但是它是编译过程中一个单独的步骤。
简言之，C 预处理器只不过是一个文本替换工具而已，它们会指示编译器在实际编译之前完成所需的预处理。
我们将把 C 预处理器（C Preprocessor）简写为 CPP。
所有的预处理器命令都是以井号 # 开头。它必须是第一个非空字符，为了增强可读性，预处理器指令应从第一列开始。
下面列出了所有重要的预处理器指令：
指令
描述
使用示例
#define
定义宏（符号常量或函数式宏）
#define PI 3.14159#define MAX(a,b) ((a) > (b) ? (a) : (b))
#include
包含头文件
#include
#undef
取消已定义的宏
#undef PI
#ifdef
如果宏已定义则编译后续代码
#ifdef DEBUGprintf("Debug info\n");#endif
#ifndef
如果宏未定义则编译后续代码（常用于头文件保护）
#ifndef HEADER_H#define HEADER_H/* 内容 */#endif
#if
条件编译（可配合defined操作符使用）
#if VERSION > 2/* 新版代码 */#endif
#else
#if/#ifdef/#ifndef的替代分支
#ifdef WIN32/* Windows代码 */#else/* 其他系统 */#endif
#elif
类似于else if
#if defined(UNIX)/* Unix代码 */#elif defined(WIN32)/* Windows代码 */#endif
#endif
结束条件编译块
如上例所示
#error
产生编译错误并输出消息
#if !defined(C99)#error "需要C99标准"#endif
#pragma
编译器特定指令（非标准，各编译器不同）
#pragma once#pragma pack(1)
预处理器实例
分析下面的实例来理解不同的指令。
#define MAX_ARRAY_LENGTH 20
这个指令告诉 CPP 把所有的 MAX_ARRAY_LENGTH 定义为 20。使用 #define 定义常量来增强可读性。
#include
#include "myheader.h"
这些指令告诉 CPP 从系统库中获取 stdio.h，并添加文本到当前的源文件中。下一行告诉 CPP 从本地目录中获取 myheader.h，并添加内容到当前的源文件中。
#undef FILE_SIZE
#define FILE_SIZE 42
这个指令告诉 CPP 取消已定义的 FILE_SIZE，并定义它为 42。
#ifndef MESSAGE
#define MESSAGE "You wish!"
#endif
这个指令告诉 CPP 只有当 MESSAGE 未定义时，才定义 MESSAGE。
#ifdef DEBUG
/* Your debugging statements here */
#endif
这个指令告诉 CPP 如果定义了 DEBUG，则执行处理语句。在编译时，如果您向 gcc 编译器传递了 -DDEBUG 开关量，这个指令就非常有用。它定义了 DEBUG，您可以在编译期间随时开启或关闭调试。
实例
#include
// 定义常量宏
#define PI 3.1415926
#define GREETING "Hello, World!"
// 定义函数式宏（注意括号的使用）
#define SQUARE(x) ((x) * (x))
#define MAX(a, b) ((a) > (b) ? (a) : (b))
// 条件编译示例
#define DEBUG 1
int main() {
// 使用常量宏
printf("PI的值: %f\n", PI);
printf("%s\n", GREETING);
// 使用函数式宏
int x = 5;
printf("%d的平方是: %d\n", x, SQUARE(x));
printf("3和5中较大的数是: %d\n", MAX(3, 5));
// 条件编译示例
#ifdef DEBUG
printf("[调试信息] 程序运行到main函数\n");
#endif
// 编译器版本检查
#if __STDC_VERSION__ >= 201112L
printf("使用C11标准\n");
#elif __STDC_VERSION__ >= 199901L
printf("使用C99标准\n");
#else
printf("使用C89/C90标准\n");
#endif
// 错误指令示例（取消注释将导致编译错误）
// #error "这是一个手动触发的错误"
return 0;
}
最佳实践建议
宏命名：
使用全大写字母和下划线命名宏
示例：#define MAX_SIZE 100
函数式宏注意事项：
每个参数和整个表达式都要用括号括起来
避免使用有副作用的参数（如SQUARE(x++)）
头文件保护：
#ifndef MY_HEADER_H
#define MY_HEADER_H
/* 头文件内容 */
#endif
条件编译调试：
#ifdef DEBUG
#define DEBUG_PRINT(fmt, ...) printf(fmt, ##__VA_ARGS__)
#else
#define DEBUG_PRINT(fmt, ...)
#endif
跨平台开发：
#if defined(_WIN32)
// Windows特定代码
#elif defined(__linux__)
// Linux特定代码
#elif defined(__APPLE__)
// macOS特定代码
#endif
预定义宏
ANSI C 定义了许多宏。在编程中您可以使用这些宏，但是不能直接修改这些预定义的宏。
宏描述
__DATE__当前日期，一个以 "MMM DD YYYY" 格式表示的字符常量。
__TIME__当前时间，一个以 "HH:MM:SS" 格式表示的字符常量。
__FILE__这会包含当前文件名，一个字符串常量。
__LINE__这会包含当前行号，一个十进制常量。
__STDC__当编译器以 ANSI 标准编译时，则定义为 1。
让我们来尝试下面的实例：
实例 #include
/*
* 预定义宏演示程序
* 展示ANSI C标准中常用的预定义宏及其用途
*/
int main() {
// 打印当前源文件名（字符串常量）
printf("当前文件: %s\n", __FILE__);
// 打印编译日期（"MMM DD YYYY"格式）
printf("编译日期: %s\n", __DATE__);
// 打印编译时间（"HH:MM:SS"格式）
printf("编译时间: %s\n", __TIME__);
// 打印当前行号（十进制整数）
printf("当前行号: %d\n", __LINE__);
// 检查是否符合ANSI/ISO标准（1表示符合）
printf("ANSI标准: %d\n", __STDC__);
// 实用示例：调试信息输出
printf("\n[调试信息] %s (第%d行) 编译于 %s %s\n",
__FILE__, __LINE__, __DATE__, __TIME__);
return 0;
}
当上面的代码（在文件 test.c 中）被编译和执行时，它会产生下列结果：
当前文件: predef_macros.c
编译日期: Jul 5 2023
编译时间: 14:30:45
当前行号: 13
ANSI标准: 1
[调试信息] predef_macros.c (第16行) 编译于 Jul 5 2023 14:30:45
预处理器运算符
C 预处理器提供了下列的运算符来帮助您创建宏：
宏延续运算符（\）
一个宏通常写在一个单行上。但是如果宏太长，一个单行容纳不下，则使用宏延续运算符（\）。例如：
#define message_for(a, b) \
printf(#a " and " #b ": We love you!\n")
字符串常量化运算符（#）
在宏定义中，当需要把一个宏的参数转换为字符串常量时，则使用字符串常量化运算符（#）。在宏中使用的该运算符有一个特定的参数或参数列表。例如：
实例 #include
#define message_for(a, b) \
printf(#a " and " #b ": We love you!\n")
int main(void)
{
message_for(Carole, Debra);
return 0;
}
当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：
Carole and Debra: We love you!
标记粘贴运算符（##）
宏定义内的标记粘贴运算符（##）会合并两个参数。它允许在宏定义中两个独立的标记被合并为一个标记。例如：
实例 #include
#define tokenpaster(n) printf ("token" #n " = %d", token##n)
int main(void)
{
int token34 = 40;
tokenpaster(34);
return 0;
}
当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：
token34 = 40
这是怎么发生的，因为这个实例会从编译器产生下列的实际输出：
printf ("token34 = %d", token34);
这个实例演示了 token##n 会连接到 token34 中，在这里，我们使用了字符串常量化运算符（#）和标记粘贴运算符（##）。
defined() 运算符
预处理器 defined 运算符是用在常量表达式中的，用来确定一个标识符是否已经使用 #define 定义过。如果指定的标识符已定义，则值为真（非零）。如果指定的标识符未定义，则值为假（零）。下面的实例演示了 defined() 运算符的用法：
实例 #include
#if !defined (MESSAGE)
#define MESSAGE "You wish!"
#endif
int main(void)
{
printf("Here is the message: %s\n", MESSAGE);
return 0;
}
当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：
Here is the message: You wish!
参数化的宏
CPP 一个强大的功能是可以使用参数化的宏来模拟函数。例如，下面的代码是计算一个数的平方：
int square(int x) {
return x * x;
}
我们可以使用宏重写上面的代码，如下：
#define square(x) ((x) * (x))
在使用带有参数的宏之前，必须使用 #define 指令定义。参数列表是括在圆括号内，且必须紧跟在宏名称的后边。宏名称和左圆括号之间不允许有空格。例如：
实例 #include
#define MAX(x,y) ((x) > (y) ? (x) : (y))
int main(void)
{
printf("Max between 20 and 10 is %d\n", MAX(10, 20));
return 0;
}
当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：
Max between 20 and 10 is 20
