C语言预处理命令分类和工作原理

[导读]C语言编程过程中，经常会用到如 #include、#define 等指令，这些标识开头的指令被称为预处理指令，预处理指令由预处理程序（预处理器）操作。相比其他编程语言，C/C++ 语言更依赖预处理器，故在阅读或开发 C/C++ 程序过程中，可能会接触大量的预处理指令。

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C语言编程过程中，经常会用到如 #include、#define 等指令，这些标识开头的指令被称为预处理指令，预处理指令由预处理程序（预处理器）操作。

相比其他编程语言，C/C++ 语言更依赖预处理器，故在阅读或开发 C/C++ 程序过程中，可能会接触大量的预处理指令。

预处理指令及分类

C/C++ 程序中的源代码中包含以 # 开头的各种编译指令，这些指令称为预处理指令。预处理指令不属于 C/C++ 语言的语法，但在一定意义上可以说预处理扩展了 C/C++。

ANSI C 定义的预处理指令主要包括：文件包含、宏定义、条件编译和特殊控制等 4 类。

1. 文件包含 文件包含：#include 是 C 程序设计中最常用的预处理指令。例如，几乎每个需要输入输出的 C 程序，都要包含 #include 指令，表示把 stdio.h 文件中的全部内容，替换该行指令。
包含文件的格式有 #include 后面跟尖括号 <> 和双引号 "" 之分。两者的主要差别是搜索路径的不同。
尖括号形式：如 #include，预处理器直接到系统目录对应文件中搜索 math.h 文件，搜索不到则报错。系统提供的头文件一般采用该包含方式，而自定义的头文件不能采用该方式。
双引号形式：如 #include"cal.h"，首先到当前工作目录下查找该文件，如果没有找到，再到系统目录下查找。包含自定义的头文件，一般采用该方式。虽然系统头文件采用此方式也正确，但浪费了不必要的搜索时间，故系统头文件不建议采用该包含方式。
2.宏定义 宏定义：包括定义宏 #define 和宏删除 #undef。
以 #define 开头，可以定义无参数宏和带参的宏定义。程序中经常使用无参宏定义来定义符号常量。例如：

#define PI 3.1416 //定义无符号宏，或定义符号常量 PI

#undef 表示删除已定义的宏，例如：

#undef PI //删除前面该宏的定义

3.条件编译 条件编译：主要是为了有选择性地执行相应操作，防止宏替换内容（如文件等）的重复包含。
常见的条件编译指令有 #if、#elif、#else、#endif、#ifdef、#ifndef。
4.特殊控制 特殊控制：ANSI C 还定义了特殊作用的预处理指令，如 #error、#pragma。
#error：使预处理器输出指定的错误信息，通常用于调试程序。
#pragma：是功能比较丰富且灵活的指令，可以有不同的参数选择，从而完成相应的特定功能操作。调用格式为：#pragma 参数。
其中，参数可以有 message 类型、code_seg、once、warning、pack 等。通常使用如下的预处理指令来设定内存以 n 字节对齐方式。
#pragma pack (n) //其中 n 称为对齐系数，取 1、2、4、8...

预处理器及其工作原理

C预处理器（C Pre-Processor）也常简写为 CPP，是一个与 C 编译器独立的小程序，预编译器并不理解 C 语言语法，它仅是在程序源文件被编译之前，实现文本替换的功能。

目前预编译器巳集成到集成开发环境中，一般并没有执行预处理操作的选项，而包含在了编译操作中，即选择编译操作时，首先调用的是预处理器，处理源程序文件中的预处理指令，预处理器的输出再送给编译器，编译器从 C 语言语法角度检查程序是否正确，如果正确，则生成目标代码文件或机器指令文件。
C 预处理器及 C 编译器的执行顺序及输入输出文件类型，如图所示：