预处理命令概述 – C语言

前面各章中，已经多次使用过#include命令。使用库函数之前，应该用#include引入对应的头文件。这种以#号开头的命令称为预处理命令。

C 预处理器不是编译器的组成部分，但是它是编译过程中一个单独的步骤。简言之，C 预处理器只不过是一个文本替换工具而已，它们会指示编译器在实际编译之前完成所需的预处理。我们将把 C 预处理器（C Preprocessor）简写为 CPP。

所有的预处理器命令都是以井号（#）开头。它必须是第一个非空字符，为了增强可读性，预处理器指令应从第一列开始。

下面列出了所有重要的预处理器指令：

C语言代码要经过编译和链接才能生成可执行程序：

编译是针对单个源文件（.c 文件）的，有多少个源文件就生成多少个目标文件，并且在生成过程中不受其他源文件的影响。也就是说，每个源文件都是独立编译的。

链接器的作用就是将这些目标文件拼装成一个可执行程序，并为代码（函数）和数据（变量、字符串等）分配好虚拟地址，这和搭积木的过程有点类似。

编译的原理比较复杂，涉及到大量的算法和正则表达式，我们这门课不涉及C语言的编译。

在实际开发中，有时候在编译之前还需要对源文件进行简单的处理。例如，我们希望自己的程序在 Windows 和 Linux 下都能够运行，那么就要在 Windows 下使用 VS 编译一遍，然后在 Linux 下使用 GCC 编译一遍。

但是现在有个问题，程序中要实现的某个功能在 VS 和 GCC 下使用的函数不同（假设 VS 下使用 a()，GCC 下使用 b()），VS 下的函数在 GCC 下不能编译通过，GCC 下的函数在 VS 下也不能编译通过，怎么办呢？

这就需要在编译之前先对源文件进行处理：如果检测到是 VS，就保留 a() 删除 b()；如果检测到是 GCC，就保留 b() 删除 a()。

这些在编译之前对源文件进行简单加工的过程，就称为预处理（即预先处理、提前处理）。

预处理主要是处理以#开头的命令，例如#include <stdio.h>等。预处理命令要放在所有函数之外，而且一般都放在源文件的前面。

预处理是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。

#include命令

#include 是文件包含命令，主要用来引入对应的头文件。#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有两种使用方式：

使用尖括号< >和双引号” “的区别在于头文件的搜索路径不同，包含标准库的头文件建议用尖括号，包含自定义的头文件建议用双引号。

使用尖括号表示在包含文件目录中去查找(包含目录是由用户在设置环境时设置的)，而不在源文件目录去查找；使用双引号则表示首先在当前的源文件目录中查找，若未找到才到包含目录中去查找。

用户编程时可根据自己文件所在的目录来选择某一种命令形式。

说明：

• 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;
• 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。

不同的头文件下包含不同的库函数

程序断言函数 – 断言函数，用于在调试过程中捕捉程序的错误。

“断言”在语文中的意思是“断定”、“十分肯定地说”，在编程中是指对某种假设条件进行检测，如果条件成立就不进行任何操作，如果条件不成立就捕捉到这种错误，并打印出错误信息，终止程序执行。

assert() 会对表达式expression进行检测：

• 如果expression的结果为 0（条件不成立），那么断言失败，表明程序出错，assert() 会向标准输出设备（一般是显示器）打印一条错误信息，并调用 abort() 函数终止程序的执行；
• 如果expression的结果为非 0（条件成立），那么断言成功，表明程序正确，assert() 不进行任何操作

在大部分编译器下，assert() 是一个宏；在少数的编译器下，assert() 就是一个函数。我们无需关心这些差异，只管把 assert() 当做函数使用即可。

assert() 的用法很简单，我们只要传入一个表达式，它会计算这个表达式的结果：如果表达式的结果为“假”，assert() 会打印出断言失败的信息，并调用 abort() 函数终止程序的执行；如果表达式的结果为“真”，assert() 就什么也不做，程序继续往后执行。

例1.

#include <stdio.h>
#include <assert.h>
int main(){
    int m, n, result;
    scanf("%d %d", &m, &n);
    assert(n != 0);  //写作 assert(n) 更加简洁
    result = m / n;
    printf("result = %d\n", result);
    return 0;
}

Standard Utility Functions (stdlib.h) (选修）

• abort – Abnormal termination of a program
• abs – Integer absolute value (magnitude)
• assert – Macro for Debugging Diagnostics
• atexit – Request execution of functions at program exit
• atof – String to double or float
• atoi – String to integer
• bsearch – Binary search
• calloc – Allocate space for arrays
• div – Divide two integers
• ecvtbuf – Double or float to string of digits
• ecvt – Double or float to string of digits (malloc result)
• __env_lock – Lock environment list for getenv and setenv
• gvcvt – Format double or float as string
• exit – End program execution
• getenv – Look up environment variable
• labs – Long integer absolute value (magnitude)
• ldiv – Divide two long integers
• malloc – Allocate memory
• realloc – Reallocate memory
• free – Free previously allocated memory
• mallinfo – Get information about allocated memory
• __malloc_lock – Lock memory pool for malloc and free
• mbstowcs – Minimal multibyte string to wide string converter
• mblen – Minimal multibyte length
• mbtowc – Minimal multibyte to wide character converter
• qsort – Sort an array
• rand – Pseudo-random numbers
• strtod – String to double or float
• strtol – String to long
• strtoul – String to unsigned long
• system – Execute command string
• wcstombs – Minimal wide string to multibyte string converter
• wctomb – Minimal wide character to multibyte converter

例1.计算一个数的平方根

#include <stdio.h>
#include <math.h>
int main()
{
   float num, root;
   printf("Enter a number: ");
   scanf("%f", &num);

   // Computes the square root of num and stores in root.
   root = sqrt(num);

   printf("Square root of %.2f = %.2f", num, root);
   return 0;
}

结果