Week 12: 预处理器

源代码 (.c) → 预处理器 → 预处理后的代码 (.i) → 编译器

# 查看预处理结果
gcc -E main.c -o main.i

#include    // 包含头文件
#define     // 宏定义
#undef      // 取消定义
#if         // 条件编译
#ifdef      // 如果定义
#ifndef     // 如果未定义
#else       // 否则
#elif       // 否则如果
#endif      // 结束条件
#error      // 产生错误
#warning    // 产生警告
#pragma     // 编译器指令
#line       // 修改行号

#include <stdio.h>   // 尖括号: 系统头文件
#include "myheader.h" // 引号: 用户头文件

# 添加搜索路径
gcc -I./include -I/opt/mylib/include program.c

# 查看搜索路径
gcc -E -v program.c 2>&1 | grep "search starts"

// myheader.h
#ifndef MYHEADER_H
#define MYHEADER_H

// 只放声明, 不放定义
extern int global_var;        // 变量声明
void my_function(int x);      // 函数声明
struct MyStruct;              // 前向声明
typedef struct MyStruct MyStruct;

// 内联函数可以放在头文件 (需要 static 或 extern inline)
static inline int square(int x) {
    return x * x;
}

#endif // MYHEADER_H

#define PI 3.14159
#define MAX_SIZE 100
#define GREETING "Hello, World!"

double area = PI * r * r;
int buffer[MAX_SIZE];

#define MAX(a, b) ((a) > (b) ? (a) : (b))
#define MIN(a, b) ((a) < (b) ? (a) : (b))
#define SQUARE(x) ((x) * (x))

int m = MAX(3, 5);     // ((3) > (5) ? (3) : (5))
int s = SQUARE(4);     // ((4) * (4))

// 陷阱 1: 运算符优先级
#define BAD_SQUARE(x) x * x
int s = BAD_SQUARE(1 + 2);  // 1 + 2 * 1 + 2 = 5, 不是 9

// 正确: 加括号
#define GOOD_SQUARE(x) ((x) * (x))

// 陷阱 2: 多次求值
#define BAD_MAX(a, b) ((a) > (b) ? (a) : (b))
int x = 5;
int m = BAD_MAX(x++, 3);  // x++ 可能被求值两次!

// 陷阱 3: 分号问题
#define BAD_SWAP(a, b) { int t = a; a = b; b = t; }

if (condition)
    BAD_SWAP(x, y);  // 编译错误或逻辑错误
else
    // ...

// 正确: 使用 do-while
#define SWAP(a, b) do { int t = (a); (a) = (b); (b) = t; } while(0)

#define PRINT_DEBUG(msg) \
    do { \
        printf("DEBUG [%s:%d]: %s\n", __FILE__, __LINE__, msg); \
    } while(0)

#define STRINGIFY(x) #x
#define TOSTRING(x) STRINGIFY(x)

printf("%s\n", STRINGIFY(Hello));  // "Hello"
printf("%s\n", STRINGIFY(1 + 2));  // "1 + 2"

#define VERSION 1.2.3
printf("Version: %s\n", TOSTRING(VERSION));  // "1.2.3"

#define CONCAT(a, b) a##b
#define MAKE_VAR(name, num) name##_##num

int CONCAT(foo, bar) = 10;  // int foobar = 10;
int MAKE_VAR(var, 1) = 20;  // int var_1 = 20;

// 常见用法: 生成唯一标识符
#define UNIQUE(name) CONCAT(name, __LINE__)
int UNIQUE(temp);  // int temp42; (假设在第 42 行)

#define DEBUG 1

#if DEBUG
    printf("Debug mode\n");
#endif

#if DEBUG == 1
    printf("Debug level 1\n");
#elif DEBUG == 2
    printf("Debug level 2\n");
#else
    printf("Release mode\n");
#endif

#ifdef DEBUG
    printf("Debug mode\n");
#endif

#ifndef RELEASE
    printf("Not release\n");
#endif

// 常用于头文件保护
#ifndef HEADER_H
#define HEADER_H

// 头文件内容

#endif

// 非标准但广泛支持的头文件保护
#pragma once

// 头文件内容

#if defined(DEBUG) && DEBUG > 0
    printf("Debug enabled\n");
#endif

#if !defined(FEATURE_X) || defined(LEGACY_MODE)
    // 兼容代码
#endif

printf("File: %s\n", __FILE__);      // 当前文件名
printf("Line: %d\n", __LINE__);      // 当前行号
printf("Date: %s\n", __DATE__);      // 编译日期 "Jan 16 2026"
printf("Time: %s\n", __TIME__);      // 编译时间 "12:00:00"
printf("Function: %s\n", __func__);  // 当前函数名 (C99)

#ifdef __GNUC__
    printf("GCC version: %d.%d\n", __GNUC__, __GNUC_MINOR__);
#endif

#ifdef __clang__
    printf("Clang\n");
#endif

#ifdef _MSC_VER
    printf("MSVC version: %d\n", _MSC_VER);
#endif

#ifdef _WIN32
    #include <windows.h>
#elif defined(__linux__)
    #include <unistd.h>
#elif defined(__APPLE__)
    #include <TargetConditionals.h>
#endif

// 定义列表
#define ERROR_LIST \
    X(OK, "Success") \
    X(NOT_FOUND, "Not found") \
    X(INVALID, "Invalid input") \
    X(TIMEOUT, "Timeout")

// 生成枚举
enum ErrorCode {
    #define X(name, msg) ERROR_##name,
    ERROR_LIST
    #undef X
    ERROR_COUNT
};

// 生成字符串数组
const char *error_messages[] = {
    #define X(name, msg) msg,
    ERROR_LIST
    #undef X
};

// 使用
printf("Error: %s\n", error_messages[ERROR_NOT_FOUND]);

_Static_assert(sizeof(int) == 4, "int must be 4 bytes");
_Static_assert(sizeof(void *) == 8, "64-bit platform required");

// 预处理器版本
#if CHAR_BIT != 8
    #error "CHAR_BIT must be 8"
#endif

#define print_type(x) _Generic((x), \
    int: printf("int: %d\n", x), \
    double: printf("double: %f\n", x), \
    char *: printf("string: %s\n", x), \
    default: printf("unknown type\n") \
)

print_type(42);       // int: 42
print_type(3.14);     // double: 3.14
print_type("hello");  // string: hello

#define LOG(fmt, ...) \
    printf("[LOG] " fmt "\n", ##__VA_ARGS__)

LOG("Hello");                    // [LOG] Hello
LOG("Value: %d", 42);            // [LOG] Value: 42
LOG("x=%d, y=%d", 10, 20);       // [LOG] x=10, y=20

// 编译期将文件内容嵌入数组
const unsigned char favicon[] = {
    #embed "favicon.ico"
};

// 带参数
const char license[] = {
    #embed "LICENSE" limit(1024)  // 限制大小
};

// 检测支持
#ifdef __has_embed
    #if __has_embed("config.bin")
        const char config[] = { #embed "config.bin" };
    #endif
#endif

#warning "This API is deprecated, use new_api() instead"

// C99: ##__VA_ARGS__ (GNU 扩展)
#define LOG_OLD(fmt, ...) printf(fmt, ##__VA_ARGS__)

// C23: __VA_OPT__ (标准)
#define LOG(fmt, ...) printf(fmt __VA_OPT__(,) __VA_ARGS__)

LOG("Hello");           // printf("Hello")
LOG("x=%d", 42);        // printf("x=%d", 42)

// C23 简化语法
#ifdef DEBUG
    // debug
#elifdef TESTING
    // testing
#elifndef PRODUCTION
    // not production
#endif

// 等价于 C11 写法
#if defined(DEBUG)
    // debug
#elif defined(TESTING)
    // testing
#elif !defined(PRODUCTION)
    // not production
#endif