目录

1. 概述
2. 预处理案例
3. #include 用法详解
4. 头文件重复引用
5. 变量的重复定义
6. #define 用法
   1. 无参数宏定义
   2. 带参数宏定义
7. 条件编译
   1. #if
   2. #ifdef
   3. #ifndef
   4. 条件编译总结
8. 总结
9. 附录

¶概述

Java 语言中的 导包 import 语句在 C 中等价于 #include 语句，那么在 C 中这条语句有什么用尼？

C 语言作为经典的编译型语言，想要执行一个 C 程序，需要通过编译、链接形成一个可执行程序，常说的运行就是执行这个可执行程序文件

但是在实际开发中，文件在编译之前还需要对源文件进行简单的处理。例如，对于相同的功能，在不同操作系统可能具体实现是不同的，在 windows 上需要使用 a() 在 Linux 上需要使用 b()，这就需要在编译之前先对源文件进行处理，保证根据检测结果，执行不同的实现方式。以上这些在编译之前先对源文件进行简单加工的过程，就是预处理过程。

处理是 C 语言的一个重要功能，由预处理程序完成。当对一个源文件进行编译时，系统将自动调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。

编译器会将预处理的结果保存到和源文件同名的.i 文件中，例如 main.c 的预处理结果在 main.i 中。和.c 一样，.i 也是文本文件，可以用编辑器打开直接查看内容。

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，合理地使用它们会使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

¶预处理案例

由于 C 语言开发的程序和操作系统强相关（需要依赖操作系统提供的需要函数调用），所以如果现在想要实现一个简单的功能：让程序暂停 5 秒，要求在全平台都可以运行。这就是 C 语言遇到的最大障碍，跨平台苦难。因为不同操作系统提供的系统调用是不同的，这就造成了想要实现相同的功能，但是在不同环境下却需要导入不同的头文件，并且使用不同的 API。

预处理程序就可以帮助我们解决这种问题，具体的做法如下：

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#include <stdio.h>

//不同的平台下引入不同的头文件
#if _WIN32  //识别windows平台
#include <windows.h>
#elif __linux__  //识别linux平台
#include <unistd.h>
#endif

int main() {
    //不同的平台下调用不同的函数
    #if _WIN32  //识别windows平台
    Sleep(5000);
    #elif __linux__  //识别linux平台
    sleep(5);
    #endif

    puts("http://c.biancheng.net/");

    return 0;
}

其中#if,#elif,#endif就是预处理命令，它们都是在编译之前由预处理程序来执行的。上面的代码通过预处理以后，在 windows 操作系统上会变成

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#include <stdio.h>
#include <windows.h>

int main() {
    Sleep(5000);
    puts("http://c.biancheng.net/");

    return 0;
}

在 Linux 平台上，会变成

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#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main() {
    sleep(5);
    puts("http://c.biancheng.net/");
    return 0;
}

在不同的平台下，编译之前（预处理之后）源代码会变成不一样，使得程序做到与具体平台的绑定。

简而言之，预处理阶段的工作，就是把代码当成普通文本，根据设定的条件进行一些简单的文本替换，将替换后的结果再交给编译器处理。

¶#include 用法详解

#include叫做文件包含命令，用来引入对应的头文件（.h 文件）。#include 也是 C 语言预处理命令的一种.#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：

之前一直使用尖括号来引入标准头文件，现在也可以使用双引号

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#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"

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

👴 建议养成使用尖括号来引入标准头文件，使用双引号来引入自己编写的头文件，这样一眼就能看出头文件的区别

🎶 关于 #include 用法的注意事项：

📓 最好不要在头文件中定义函数和全局变量，不管是标准头文件，还是自定义头文件，都只能包含变量和函数的声明，不能包含定义，否则在多次引入时会引起重复定义错误

¶头文件重复引用

多重包含在绝大多数情况下出现在大型程序中，它往往需要使用很多头文件，因此要发现重复包含并不容易。要解决这个问题，我们可以使用条件编译。如果所有的头文件都像下面这样编写:

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#ifndef _HEADERNAME_H
#define _HEADERNAME_H

...

#endif

那么多重包含的危险就被消除了。当头文件第一次被包含时，它被正常处理，符号_HEADERNAME_H 被定义为 1。如果头文件被再次包含，通过条件编译，它的内容被忽略。符号_HEADERNAME_H 按照被包含头文件的文件名进行取名，以避免由于其他头文件使用相同的符号而引起的冲突。

¶变量的重复定义

由于工程中的每个.c 文件都是独立的解释的，即使头文件有下面的预处理指令

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#ifndef _TEST_H_
#define _TEST_H_
....
#endif

在其他文件中只要包含了 global.h 就会独立的解释,然后每个.c 文件生成独立的标示符。在编译器链接时，就会将工程中所有的符号整合在一起，由于文件中有重名变量，于是就出现了重复定义的错误。使用下列方法就可以解决这个问题：

¶#define 用法

#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，可以理解为字符串替换操作

宏定义的一般形式为：

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#define 宏名 字符串

#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。字符串可以是数字、表达式、if 语句、函数等。

¶无参数宏定义

🎶 使用宏定义要点

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

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#define PI 3.14159
int main(){
    // Code
    return 0;
}
#undef PI
void func(){
    // Code
}

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，例如：

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#include <stdio.h>
#define OK 100
int main(){
    printf("OK\n");
    return 0;
}

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

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#define PI 3.1415926
#define S PI*y*y    /* PI是已定义的宏名*/

6. 习惯上宏名用大写字母表示，以便与变量区别，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：

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#define 宏名(形参列表) 字符串

在字符串中可以含有各个形参,而带参宏调用的一般形式为：

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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

🎶 带参宏定义注意要点

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#define MAX(a,b) (a>b)?a:b
// 参数与宏名之间增加空格将造成错误
#define MAX  (a,b)  (a>b)?a:b

带参数的宏和函数很相似，但有本质上的区别：

¶条件编译

假如现在要开发一个 C 语言程序，让它输出红色的文字，并且要求跨平台，在 Windows 和 Linux 下都能运行，这个程序的难点在于，不同平台下控制文字颜色的代码不一样，我们必须要能够识别出不同的平台。

Windows 有专有的宏_WIN32，Linux 有专有的宏linux，以现有的知识，使用 if else 判断一下就可以了呀

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#include <stdio.h>
int main(){
    if(_WIN32){
        system("color 0c");
        printf("http://c.biancheng.net\n");
    }else if(__linux__){
        printf("\033[22;31mhttp://c.biancheng.net\n\033[22;30m");
    }else{
        printf("http://c.biancheng.net\n");
    }

    return 0;
}

但是这段代码是错误的，在 Windows 下提示 linux 是未定义的标识符，在 Linux 下提示 _Win32 是未定义的标识符。对上面的代码进行改进：

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#include <stdio.h>
int main(){
    #if _WIN32
        system("color 0c");
        // do something in windows os
    #elif __linux__
        // do something in linux os
    #else
        // do something in other os
    #endif

    return 0;
}

#if、#elif、#else 和 #endif 都是预处理命令，根据不同的宏定义，保留不同的代码片段。这些操作都是在预处理阶段完成的，多余的代码以及所有的宏都不会参与编译，不仅保证了代码的正确性，还减小了编译后文件的体积。

这种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

#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。

🎶 #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

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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,其中#else片段也可以省略

¶#ifndef

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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。

¶条件编译总结

📓 #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

¶总结

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。# 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。

为了避免宏代换时发生错误，宏定义中的字符串应加括号，字符串中出现的形式参数两边也应加括号。使用预处理功能便于程序的修改、阅读、移植和调试，也便于实现模块化程序设计。

¶附录

C 语言预处理命令是什么？
C 语言#define 的用法，C 语言宏定义
C 语言#if、##ifdef、#ifndef 的用法详解，C 语言条件编译详解
多文件编程
如何进行 C 语言多文件编程
C 语言多文件编程基本格式
C 语言基础：多文件编译
头文件重复引用