Java转C之C/C++ 的宏定义和预处理

C/C++ 宏定义和预处理总结

C/C++ 的宏定义和预处理器是在编译前执行的一系列文本处理操作，用于包含文件、定义常量、条件编译和控制编译器行为。以下是全面总结，涵盖各种知识点、注意事项以及示例。

表1：C/C++ 预处理指令和功能

预处理指令	功能描述	示例代码	详细说明
`#include`	包含头文件或其他文件	`#include <stdio.h>` `#include "myheader.h"`	`<...>` 表示系统路径查找，`"..."` 表示先在当前目录查找文件，再到系统路径查找。
`#define`	定义宏，用于文本替换	`#define PI 3.14159` `#define SQUARE(x) ((x) * (x))`	简单宏：如 `PI` 替换为 `3.14159`。函数宏：参数替换时用括号防止优先级错误。
`#undef`	取消宏定义	`#define DEBUG` `#undef DEBUG`	取消宏定义后，`DEBUG` 不再被替换。
`#ifdef`	条件编译：检查宏是否已定义	`#ifdef DEBUG` `printf("Debug ON\n");` `#endif`	如果 `DEBUG` 已定义，则执行代码块。
`#ifndef`	条件编译：检查宏是否未定义	`#ifndef RELEASE` `printf("Release mode disabled\n");` `#endif`	如果 `RELEASE` 未定义，则执行代码块。
`#if` / `#elif` / `#else` / `#endif`	条件编译，支持复杂判断和多分支代码	`#if VALUE > 5` `printf("Value > 5\n");` `#else` `printf("Value <= 5\n");` `#endif`	根据条件编译特定代码分支。
`#pragma`	控制编译器行为	`#pragma once` `#pragma warning(disable:4996)`	`#pragma once` 避免重复包含头文件。 `#pragma warning` 控制特定警告。
`#error`	抛出编译错误信息并终止编译	`#ifndef CONFIG` `#error "CONFIG is not defined"` `#endif`	如果未定义 `CONFIG`，则报错并终止编译。
`#line`	更改代码行号和文件名	`#line 100 "custom_file.c"`	用于调试，改变预处理器认为的文件名和行号。
`#` 操作符	将宏参数转换为字符串	`#define STRINGIFY(x) #x` `printf(STRINGIFY(Hello)); // 输出 "Hello"`	参数 `x` 被转为字符串字面量。
`##` 操作符	拼接宏参数，连接两个宏参数	`#define CONCAT(x, y) x##y` `int CONCAT(var, 1) = 10; // 等效 int var1 = 10;`	`##` 拼接参数，用于生成变量名、函数名等。
`__VA_ARGS__`	处理可变参数宏	`#define LOG(fmt, ...) printf(fmt, __VA_ARGS__)`	可变参数宏允许接收不定数量的参数。
预定义宏	提供编译相关的文件、行号、日期、时间信息	`printf("File: %s, Line: %d", __FILE__, __LINE__);`	- `__FILE__`：当前文件名 - `__LINE__`：当前行号 - `__DATE__`：编译日期 - `__TIME__`：编译时间

表2：C/C++ 宏的分类和特点

宏类型	描述	示例	注意事项
简单宏	替换常量值	`#define PI 3.14`	无类型检查，所有出现的 `PI` 都直接替换为 `3.14`。
函数宏	替代简单函数的实现	`#define SQUARE(x) ((x) * (x))` `printf("%d", SQUARE(5));`	使用括号保护参数，防止运算符优先级错误。
条件宏	根据宏定义值决定是否替换	`#if defined(WIN32)` `#define OS "Windows"` `#endif`	多平台代码适配时非常有用。
多行宏	使用 `\` 将宏定义分成多行	`#define LOG(level, msg) \\\n printf("[%s]: %s\\n", level, msg)`	`\\\n` 必须紧跟行尾，不能有多余空格或字符。
可变参数宏	接受不定数量的参数	`#define PRINT(fmt, ...) printf(fmt, __VA_ARGS__)`	必须使用 `__VA_ARGS__` 捕获所有剩余参数。
递归宏	宏可以嵌套引用	`#define X 10` `#define Y X+5` `printf("%d", Y);`	避免循环定义，如 `#define X Y` 和 `#define Y X`，会导致编译器报错。
预定义宏	提供编译信息	`printf("File: %s, Line: %d, Date: %s", __FILE__, __LINE__, __DATE__);`	无需定义，编译器自动提供。

示例与讲解

示例1：简单宏和函数宏

#include <stdio.h>
#define PI 3.14159
#define AREA(r) (PI * (r) * (r))int main() {float radius = 5.0;printf("Circle area: %.2f\n", AREA(radius));return 0;
}

输出：

Circle area: 78.54

说明：

PI 被替换为 3.14159。
AREA(radius) 被替换为 (3.14159 * (radius) * (radius))，括号确保运算优先级正确。

示例2：条件编译

#include <stdio.h>
#define DEBUGint main() {
#ifdef DEBUGprintf("Debug mode enabled\n");
#elseprintf("Debug mode disabled\n");
#endifreturn 0;
}

输出：

Debug mode enabled

说明：

如果定义了 DEBUG，则执行 printf("Debug mode enabled\n");。
如果未定义 DEBUG，则执行 printf("Debug mode disabled\n");。

示例3：多行宏

#include <stdio.h>
#define LOG(level, msg) \printf("[%s]: %s\n", level, msg)int main() {LOG("INFO", "Application started");LOG("ERROR", "An error occurred");return 0;
}

输出：

[INFO]: Application started
[ERROR]: An error occurred

说明：

使用 \ 将宏定义分成多行，宏展开后替换为单行代码。

示例4：预定义宏

#include <stdio.h>int main() {printf("File: %s\n", __FILE__);printf("Line: %d\n", __LINE__);printf("Date: %s\n", __DATE__);printf("Time: %s\n", __TIME__);return 0;
}

输出：

File: example.c
Line: 5
Date: Dec 13 2024
Time: 12:00:00

说明：

__FILE__ 提供当前文件名。
__LINE__ 提供当前行号。
__DATE__ 和 __TIME__ 提供编译日期和时间。

示例5：可变参数宏

#include <stdio.h>
#define PRINT(fmt, ...) printf(fmt, __VA_ARGS__)int main() {PRINT("Name: %s, Age: %d\n", "Alice", 30);return 0;
}

输出：

Name: Alice, Age: 30

说明：

__VA_ARGS__ 捕获所有额外参数。
PRINT(fmt, ...) 展开为 printf(fmt, __VA_ARGS__)。

注意事项

宏仅是文本替换：
- 宏在预处理阶段执行纯文本替换，没有类型检查和作用域限制。
尽量减少宏的滥用：
- 使用 inline 函数替代函数宏，避免潜在的调试困难。
- 使用 const 或 constexpr 替代简单宏定义，提供更强的类型和范围控制。
防止宏替换错误：
- 在宏中使用括号保护参数，防止运算符优先级问题。
- 避免循环宏定义，可能导致编译器报错。