C07-typedef-preprocessor

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C typedef

使用关键字 typedef 可以为类型起一个新的别名。typedef 的用法一般为：
typedef oldName newName;

oldName 是类型原来的名字，newName 是类型新的名字。例如：

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typedef int INTEGER;
INTEGER a, b;
a = 1;
b = 2;

INTEGER a, b;等效于int a, b;。

typedef 是赋予现有类型一个新的名字，而不是创建新的类型，按照惯例，定义时会大写字母，并且尽量使用含义明确的标识符，以便提醒用户类型名称是一个象征性的缩写。

typedef 还可以给数组、指针、结构体等类型定义别名。先来看一个给数组类型定义别名的例子：

typedef char ARRAY20[20];

表示 ARRAY20 是类型char [20]的别名。它是一个长度为 20 的数组类型。接着可以用 ARRAY20 定义数组：
ARRAY20 a1, a2, s1, s2;

它等价于：
char a1[20], a2[20], s1[20], s2[20];

注意，数组也是有类型的。例如char a1[20];定义了一个数组 a1，它的类型就是 char [20]。

又如，为结构体类型定义别名：

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typedef struct stu{
    char name[20];
    int age;
    char sex;
} STU;

STU 是 struct stu 的别名，可以用 STU 定义结构体变量：
STU body1,body2;

它等价于：
struct stu body1, body2;

再如，为指针类型定义别名：
typedef int (*PTR_TO_ARR)[4];

表示 PTR_TO_ARR 是类型int * [4]的别名，它是一个二维数组指针类型。接着可以使用 PTR_TO_ARR 定义二维数组指针：
PTR_TO_ARR p1, p2;

按照类似的写法，还可以为函数指针类型定义别名：
typedef int (*PTR_TO_FUNC)(int, int);
PTR_TO_FUNC pfunc;

typedef 与 #define 比较

（1）typedef 仅限于为类型定义符号名称，#define 不仅可以为类型定义别名，也能为数值定义别名，比如可以定义 1 为 ONE。
（2）typedef 是由编译器执行解释的，#define 语句是由预编译器进行处理的，只是字面上的替换。

（3）#define可以使用其他类型说明符对宏类型名进行扩展，但对 typedef 所定义的类型名却不能这样做。例如：

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#define INTERGE int;
unsigned INTERGE n;  //没问题
typedef int INTERGE;
unsigned INTERGE n;  //错误，不能在 INTERGE 前面添加 unsigned

（4）在连续定义几个变量的时候，typedef 能够保证定义的所有变量均为同一类型，而 #define 则无法保证。例如：

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#define PTR_INT int *
PTR_INT p1, p2;        //p1、p2 类型不相同，宏展开后变为int *p1, p2;
typedef int * PTR_INT
PTR_INT p1, p2;        //p1、p2 类型相同，它们都是指向 int 类型的指针。

经过宏替换以后，第二行变为：
int *p1, p2;

这使得 p1、p2 成为不同的类型：p1 是指向 int 类型的指针，p2 是 int 类型。

相反，在下面的代码中：

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typedef int * PTR_INT
PTR_INT p1, p2;

p1、p2 类型相同，它们都是指向 int 类型的指针。

typedef 还有一个作用，就是为复杂的声明定义一个新的简单的别名。用在回调函数中特别好用：

原声明：int *(*a[5])(int, char*);

在这里，变量名为 a，直接用一个新别名 pFun 替换 a 就可以了：

typedef int *(*pFun)(int, char*);
于是，原声明的最简化版：

pFun a[5];

另外也要注意，typedef 在语法上是一个存储类的关键字（如 auto、extern、mutable、static、register 等一样），虽然它并不真正影响对象的存储特性，如：

typedef static int INT2; // 不可行
编译将失败，会提示“指定了一个以上的存储类”。

C预处理

预处理指令是以#号开头的代码行，# 号必须是该行除了任何空白字符外的第一个字符，为了增强可读性，预处理器指令应从第一列开始。# 后是指令关键字，在关键字和 # 号之间允许存在任意个数的空白字符，整行语句构成了一条预处理指令，该指令将在编译器进行编译之前对源代码做某些转换。

下面列出了所有重要的预处理器指令：

指令 描述
#define 定义宏（宏定义命令）
#include 包含一个源代码文件（文件包含命令）
#undef 取消已定义的宏
#ifdef 如果宏已经定义，则返回真，编译下面代码
#ifndef 如果宏没有定义，则返回真，编译下面代码
#if 如果给定条件为真，则编译下面代码
#else #if 的替代方案
#elif 如果前面的 #if 给定条件不为真，当前条件为真，则编译下面代码
#endif 结束一个 #if……#else 条件编译块
#error 当遇到标准错误时，输出错误消息
#pragma 使用标准化方法，向编译器发布特殊的命令到编译器中

预处理器实例

分析下面的实例来理解不同的指令。

#define

#define MAX_ARRAY_LENGTH 20
这个指令告诉 CPP 把所有的 MAX_ARRAY_LENGTH 替换为 20。使用 #define 定义常量来增强可读性。

#include

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#include <stdio.h>
#include "myheader.h"

这些指令告诉 CPP 从系统库中获取 stdio.h，并添加文本到当前的源文件中。下一行告诉 CPP 从本地目录中获取 myheader.h，并添加内容到当前的源文件中。

说明：

#include 的处理过程很简单，就是将头文件的内容插入到该命令所在的位置，从而把头文件和当前源文件连接成一个源文件，这与复制粘贴的效果相同。

#include 的用法有两种，如下所示：

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#include <stdHeader.h>
#include "myHeader.h"

使用尖括号< >和双引号” “的区别在于头文件的搜索路径不同：

  • 使用尖括号< >，编译器会到系统路径下查找头文件；
  • 而使用双引号” “，编译器首先在当前目录下查找头文件，如果没有找到，再到系统路径下查找。

像 stdio.h 和 stdlib.h 都是标准头文件，它们存放于系统路径下，所以使用尖括号和双引号都能够成功引入；而我们自己编写的头文件，一般存放于当前项目的路径下，所以不能使用尖括号，只能使用双引号。通常使用尖括号来引入标准头文件，使用双引号来引入自定义头文件（自己编写的头文件），这样一眼就能看出头文件的区别。

关于 #include 用法的注意事项：

  • 一个 #include 命令只能包含一个头文件，多个头文件需要多个 #include 命令。
  • 同一个头文件可以被多次引入，多次引入的效果和一次引入的效果相同，因为头文件在代码层面有防止重复引入的机制。
  • 文件包含允许嵌套，也就是说在一个被包含的文件中又可以包含另一个文件。

#undef

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#undef  FILE_SIZE
#define FILE_SIZE 42

这个指令告诉 CPP 取消已定义的 FILE_SIZE，并定义它为 42。

#ifndef

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#ifndef MESSAGE
   #define MESSAGE "You wish!"
#endif

这个指令告诉 CPP 只有当 MESSAGE 未定义时，才定义 MESSAGE。

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#ifdef DEBUG
   /* Your debugging statements here */
#endif

这个指令告诉 CPP 如果定义了 DEBUG，则执行处理语句。在编译时，如果您向 gcc 编译器传递了 -DDEBUG 开关量，这个指令就非常有用。它定义了 DEBUG，您可以在编译期间随时开启或关闭调试。

#define的用法，C语言宏定义

#define 叫做宏定义命令，它也是C语言预处理命令的一种。所谓宏定义，就是用一个标识符来表示一个字符串，如果在后面的代码中出现了该标识符，那么就全部替换成指定的字符串。在预处理阶段，对程序中所有出现的“宏名”，预处理器都会用宏定义中的字符串去代换，这称为“宏替换”或“宏展开”。

宏定义是由源程序中的宏定义命令#define完成的，宏替换是由预处理程序完成的。

宏定义的一般形式为：
#define 宏名 定义内容

#表示这是一条预处理命令，所有的预处理命令都以 # 开头。宏名是标识符的一种，命名规则和变量相同。定义内容可以是数字、表达式、if 语句、函数等。

对 #define 用法的几点说明

  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，这只是一种简单粗暴的替换。字符串中可以含任何字符，它可以是常数、表达式、if 语句、函数等，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替换。
  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。
  4. 代码中的宏名如果被引号包围，那么预处理程序不对其作宏代替
  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。
  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。

带参数的宏定义

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”，这点和函数有些类似。对带参数的宏，在展开过程中不仅要进行字符串替换，还要用实参去替换形参。

带参宏定义的一般形式为：
#define 宏名(形参列表) 字符串

在字符串中可以含有各个形参。

带参宏调用的一般形式为：
宏名(实参列表);

例如：

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#define M(y) y*y+3*y  //宏定义
// TODO:
k=M(5);  //宏调用

在宏展开时，用实参 5 去代替形参 y，经预处理程序展开后的语句为k=5*5+3*5。

对带参宏定义的说明

  1. 带参宏定义中，形参之间可以出现空格，但是宏名和形参列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：
max = MAX(x,y);
将变为：
max = (a,b)(a>b)?a:b(x,y);
这显然是错误的。

  1. 在带参宏定义中，不会为形式参数分配内存，因此不必指明数据类型。而在宏调用中，实参包含了具体的数据，要用它们去替换形参，因此实参必须要指明数据类型。

这一点和函数是不同的：在函数中，形参和实参是两个不同的变量，都有自己的作用域，调用时要把实参的值传递给形参；而在带参数的宏中，只是符号的替换，不存在值传递的问题。

  1. 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。

预处理器运算符

C 预处理器提供了下列的运算符来帮助您创建宏：

宏延续运算符（\）

一个宏通常写在一个单行上。但是如果宏太长，一个单行容纳不下，则使用宏延续运算符（\）。例如：

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#define  message_for(a, b)  \
    printf(#a " and " #b ": We love you!\n")

字符串常量化运算符（#）

在宏定义中，当需要把一个宏的参数转换为字符串常量时，则使用字符串常量化运算符（#）。在宏中使用的该运算符有一个特定的参数或参数列表。例如：

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#include <stdio.h>

#define  message_for(a, b)  \
    printf(#a " and " #b ": We love you!\n")

int main(void)
{
   message_for(Carole, Debra);
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Carole and Debra: We love you!

标记粘贴运算符（##）

宏定义内的标记粘贴运算符（##）会合并两个参数。它允许在宏定义中两个独立的标记被合并为一个标记。例如：

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#include <stdio.h>

#define tokenpaster(n) printf ("token" #n " = %d", token##n)

int main(void)
{
   int token34 = 40;
   
   tokenpaster(34);
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

token34 = 40
这是怎么发生的，因为这个实例会从编译器产生下列的实际输出：

printf ("token34 = %d", token34);
这个实例演示了 token##n 会连接到 token34 中，在这里，我们使用了字符串常量化运算符（#）和标记粘贴运算符（##）。

defined() 运算符

预处理器 defined 运算符是用在常量表达式中的，用来确定一个标识符是否已经使用 #define 定义过。如果指定的标识符已定义，则值为真（非零）。如果指定的标识符未定义，则值为假（零）。下面的实例演示了 defined() 运算符的用法：

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#include <stdio.h>

#if !defined (MESSAGE)
   #define MESSAGE "You wish!"
#endif

int main(void)
{
   printf("Here is the message: %s\n", MESSAGE);  
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Here is the message: You wish!

预定义宏

ANSI C 定义了许多宏。在编程中您可以使用这些宏，但是不能直接修改这些预定义的宏。

宏 描述
DATE 当前日期，一个以 “MMM DD YYYY” 格式表示的字符常量。
TIME 当前时间，一个以 “HH:MM:SS” 格式表示的字符常量。
FILE 这会包含当前文件名，一个字符串常量。
LINE 这会包含当前行号，一个十进制常量。
STDC 当编译器以 ANSI 标准编译时，则定义为 1。

实例：

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#include <stdio.h>

main()
{
   printf("File :%s\n", __FILE__ );
   printf("Date :%s\n", __DATE__ );
   printf("Time :%s\n", __TIME__ );
   printf("Line :%d\n", __LINE__ );
   printf("ANSI :%d\n", __STDC__ );
}

当上面的代码（在文件 test.c 中）被编译和执行时，它会产生下列结果：

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File :test.c
Date :Jun 2 2012
Time :03:36:24
Line :8
ANSI :1

#if、##ifdef、#ifndef的用法详解，C语言条件编译详解

能够根据不同情况编译不同代码、产生不同目标文件的机制，称为条件编译。条件编译是预处理程序的功能，不是编译器的功能。

#if 的用法

#if 用法的一般格式为：

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#if 整型常量表达式1
    程序段1
#elif 整型常量表达式2
    程序段2
#elif 整型常量表达式3
    程序段3
#else
    程序段4
#endif

它的意思是：如常“表达式1”的值为真（非0），就对“程序段1”进行编译，否则就计算“表达式2”，结果为真的话就对“程序段2”进行编译，为假的话就继续往下匹配，直到遇到值为真的表达式，或者遇到 #else。这一点和 if else 非常类似。

需要注意的是，#if 命令要求判断条件为“整型常量表达式”，也就是说，表达式中不能包含变量，而且结果必须是整数；而 if 后面的表达式没有限制，只要符合语法就行。这是 #if 和 if 的一个重要区别。

#ifdef 的用法

#ifdef 用法的一般格式为：

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#ifdef  宏名
    程序段1
#else
    程序段2
#endif

它的意思是，如果当前的宏已被定义过，则对“程序段1”进行编译，否则对“程序段2”进行编译。
#ifdef 可以认为是 #if defined 的缩写。

#ifndef 的用法

#ifndef 用法的一般格式为：

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#ifndef 宏名
    程序段1 
#else 
    程序段2 
#endif

与 #ifdef 相比，仅仅是将 #ifdef 改为了 #ifndef。它的意思是，如果当前的宏未被定义，则对“程序段1”进行编译，否则对“程序段2”进行编译，这与 #ifdef 的功能正好相反。

三者之间的区别

最后需要注意的是，#if 后面跟的是“整型常量表达式”，而 #ifdef 和 #ifndef 后面跟的只能是一个宏名，不能是其他的。

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