C/C++的预编译和宏定义

预编译是整个编译过程的第一步，是g++ -e选项输出的结果。

这个步骤处理的是源文件/头文件中的宏，宏指令常用的有以下几类：

文件包含：#include
宏定义：#define、#undef
条件编译：#ifdef、#ifndef、#if、#elif、#else、#endif
1. 文件包含 #include
预处理会把要包含的文件的内容全部包含进来，比如下面这个文件prepro.cpp：

[cpp]
#include "prehead.h" 
int main(){ 
  add(1, 2); 
} 
引入了头文件prehead.h：

[cpp]
#ifndef _prehead_h 
#define _prehead_h 
/* declaration of a function that add two integer */ 
int add(int, int); 
#endif 
使用命令g++ -e prepro.cpp预编译，输出结果如下：

[plain]
# 1 "prepro.cpp" 
# 1 "<built-in>" 
# 1 "<command-line>" 
# 1 "prepro.cpp" 
# 1 "prehead.h" 1 
 
 
 
 
 
 
int add(int, int); 
# 2 "prepro.cpp" 2 
 
int main(){ 
  add(1, 2); 
} 
可以看到结果中两个文件的宏定义都被删除了，文件prehead.h中注释也被删除了，而剩下的内容被引入了prepro.h中。至于#ifndef的意思最后介绍。

2. 宏定义：#define、#undef
#define宏定义的一种用法是声明一个宏，用来实现条件编译，这种用法后面和#ifdef等宏命令一起介绍。

#define宏定义的另一种用法是用来定义常量，定义准inline的函数。这种用法不好，应该避免使用。

使用#define定义的变量，比如：#define pi 3.14，预编译以后程序中所有的pi都会被3.14替代。再比如上次谈g++那篇博客的这个例子：

[cpp]
#define one 1 
#define two 2 
 
int add_one_two(){ 
  return one + two; 
} 
预编译后结果如下：

[plain]
# 1 "add.cpp" 
# 1 "<built-in>" 
# 1 "<command-line>" 
# 1 "add.cpp" 
 
int add_one_two(){ 
  return 1 + 2; 
} 
可以看到定义的one被替换成了1，定义的two被替换成了2。

使用常量是好的，但是使用#define这种方法的不好是调试时候变量名都被替换了，失去了常量的效果。最好用下面这种方式定义变量：

[plain]
const type var_name=value 
使用#define定义准inline函数，比如下面这个的例子(引自《effective c++》)：

[cpp]
#define max(a, b) ( (a) > (b) ? (a) : (b) ) 
一般也没什么问题，但是：

[cpp]
int a = 5, b = 0; 
max(++a, b);            /* a自增了两次 */ 
max(++a, b + 10);       /* b自增了一次*/ 
所以这样定义是会出问题的。使用#define定义函数的初衷是为了提高程序运行速度，但是这种方式提高速度有限，根本上应该从改进数据结构，算法方面入手。这种#define，果断写成inline就ok了，那么多括号写着累，看着也累，没必要。

3. 条件编译：#ifdef、#ifndef、#if、#elif、#else、#endif
条件编译算是宏最精髓的应用吧。先来说说这几个指令的意思，如果你看过我前面的博客，而且坚持在usaco上做题，那么想必你已经熟悉了c++最基本的语法，那这几个指令看一眼也能基本知道大概意思。下面用注释方式解释：

[plain]
#ifdef              //if define，如果定义了。。。 
#ifndef             //if not define，如果没有定义。。。 
#if             // 如果。。。 
#elif               // 或者如果。。。 
#else               // 或者。。。 
#endif              // 结束if 
第一种条件编译
用来防止一个头文件引入两次。比如开始那个例子里面的头文件prehead.h：

[cpp]
#ifndef _prehead_h      /* 如果没有定义_prehead_h */ 
#define _prehead_h      /* 定义_prehead_h */ 
/* declaration of a function that add two integer */ 
int add(int, int); 
#endif                          /* 结束上面对应的#ifndef */ 
然后更改下我们的prepro.cpp文件，增加一行#include "prehead.h"

[cpp]
#include "prehead.h" 
#include "prehead.h" 
int main(){ 
  add(1, 2); 
} 

这里我手工展开，变成下面这个样子，然后在注释里面分析一下：
[cpp]
#ifndef _prehead_h      /* 如果没有定义_prehead_h */  /* 的确没有定义 */ 
#define _prehead_h      /* 定义_prehead_h */  /* 那么就定义之 */ 
/* declaration of a function that add two integer */ 
int add(int, int); 
#endif                          /* 结束上面对应的#ifndef */ 
 
#ifndef _prehead_h      /* 如果没有定义_prehead_h */  /* 上面已经定义了，条件为false */ 
#define _prehead_h      /* 定义_prehead_h */  /* 所以从这里开始到endif都会被预处理器删除 */ 
/* declaration of a function that add two integer */ 
int add(int, int); 
#endif                          /* 结束上面对应的#ifndef */  /* 后面的编译独立于第二个#ifndef _prehead_h */ 
 
int main(){ 
  add(1, 2); 
} 
使用命令g++ -e prepro.cpp，输出和第一个例子里面一样，如下：

[plain]
# 1 "prepro.cpp" 
# 1 "<built-in>" 
# 1 "<command-line>" 
# 1 "prepro.cpp" 
# 1 "prehead.h" 1 
 
 
 
int add(int, int); 
# 2 "prepro.cpp" 2 
 
int main(){ 
  add(1, 2); 
} 

或许你会说，这个sb，一个头文件include两次，哈哈哈哈。但是，这只是个例子，实际项目中文件引入比较复杂，比如上面的prepro.cpp引入了第三个文件，然后第三个文件引入prehead.h，那么没有条件编译的话prepro.cpp里面就会有两个prehead.h。

使用#ifndef... #define... #endif可以保证一个文件只引入一次，这里的...可以是任何内容，只要你能保证定义的这个东西其他地方没定义，但是惯例是定义文件名的大写然后加几个下划线，像上面那个例子一样。

第二种条件编译
用来实现跨平台编译。比如下面这样：

[cpp]
#ifdef _linux_ 
// linux平台相关代码。。。 
#endif 
#ifdef _windows_ 
// windows平台相关代码。。。 
#endif 
#ifdef _macos_ 
// mac os平台相关代码 
#endif 

然后在某个include的配置文件config.h里面，如果有如下定义：#define _linux_，那么编译器就只编译linux平台相关的代码；如果有如下定义：#define _windows_，那么只编译windows平台相关的代码。

最后要说明的是，配置文件config.h不是手动写的，而是脚本自动生成的。至于如何编写脚本或者使用工具生成脚本，算是另一个话题了，以后再介绍吧。

 

宏指令还有其他一些，但是用的很少，我就不写了，想了解的朋友可以参考这个网址：点击进入。这个网站c++的文档，手册，帮助都一流，学习c++可以多看看。

参考文献：

effective c++, third edition. scott meyers. 2005

摘自 程序猿