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C语言程序设计-第18章

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说明:在本程序文件的最后1行定义了外部变量A,B,但由于外部变量定义的位置在函数main之后,因此本来在main函数中不能引用外部变量A,B。现在我们在main函数中用extern对A和B进行“外部变量声明”,就可以从“声明”处起,合法地使用该外部变量A和B。 
?语言 9   
9  预处理命令
9。1  概述
9。2  宏定义
9。2。1  无参宏定义
9。2。2  带参宏定义
9。3  文件包含
9。4  条件编译
9。5  本章小结
9  预处理命令
9。1  概述
在前面各章中,已多次使用过以“#”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。本章介绍常用的几种预处理功能。
9。2  宏定义
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。下面分别讨论这两种“宏”的定义和调用。
9。2。1  无参宏定义
无参宏的宏名后不带参数。
其定义的一般形式为:
#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。
在前面介绍过的符号常量的定义就是一种无参宏定义。此外,常对程序中反复使用的表达式进行宏定义。
例如:
#define M (y*y+3*y)
它的作用是指定标识符M来代替表达式(y*y+3*y)。在编写源程序时,所有的(y*y+3*y)都可由M代替,而对源程序作编译时,将先由预处理程序进行宏代换,即用(y*y+3*y)表达式去置换所有的宏名M,然后再进行编译。
【例9。1】
#define M (y*y+3*y)
main(){
  int s;y;
  printf(〃input a number:  〃);
  scanf(〃%d〃;&y);
  s3*M+4*M+5*M;
  printf(〃s%dn〃;s);

上例程序中首先进行宏定义,定义M来替代表达式(y*y+3*y);在s3*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:
s3*(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。如当作以下定义后:
#difine M y*y+3*y
在宏展开时将得到下述语句:
s3*y*y+3*y+4*y*y+3*y+5*y*y+3*y;
这相当于:
3y2+3y+4y2+3y+5y2+3y;
显然与原题意要求不符。计算结果当然是错误的。因此在作宏定义时必须十分注意。应保证在宏代换之后不发生错误。
对于宏定义还要说明以下几点:
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 PI
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。
【例9。2】
#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 〃%dn〃
#define F 〃%fn〃
main(){
  int a5; c8; e11;
  float b3。8; d9。7; f21。08;
  P(D F;a;b);
  P(D F;c;d);
  P(D F;e;f);

9。2。2  带参宏定义
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*/
   ……
kM(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:
 k5*5+3*5
【例9。4】
#define MAX(a;b) (a》b)?a:b
main(){
  int x;y;max;
  printf(〃input two numbers:〃);
  scanf(〃%d%d〃;&x;&y);
  maxMAX(x;y);
  printf(〃max%dn〃;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maxMAX(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:
maxMAX(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。
【例9。5】
#define SQ(y) (y)*(y)
main(){
  int a;sq;
  printf(〃input a number:〃);
  scanf(〃%d〃;&a);
  sqSQ(a+1);
  printf(〃sq%dn〃;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:
【例9。6】
#define SQ(y) y*y
main(){
  int a;sq;
  printf(〃input a number:〃);
  scanf(〃%d〃;&a);
  sqSQ(a+1);
  printf(〃sq%dn〃;sq);

运行结果为:
input a number:3
sq7
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:
sqa+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:
【例9。7】
#define SQ(y) (y)*(y)
main(){
  int a;sq;
  printf(〃input a number:〃);
  scanf(〃%d〃;&a);
  sq160/SQ(a+1);
  printf(〃sq%dn〃;sq);

本程序与前例相比,只把宏调用语句改为:
sq160/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
sq160
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:
sq160/(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:
【例9。8】
#define SQ(y) ((y)*(y))
main(){
  int a;sq;
  printf(〃input a number:〃);
  scanf(〃%d〃;&a);
  sq160/SQ(a+1);
  printf(〃sq%dn〃;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。
【例9。9】
main(){
  int i1;
  while(i
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