C++编程基础(九)：预处理指令

文章目录

一、预处理概述
二、文件包含与代码组织
- [1. `#include` 的两种写法](#include` 的两种写法)
- [2. 头文件重复包含问题](#2. 头文件重复包含问题)
- - [方案 A：标准宏卫兵 (兼容性好)](#方案 A：标准宏卫兵 (兼容性好))
  - [方案 B：使用`#pragma once` (简洁，效率高)](#pragma once` (简洁，效率高))
  - [方案 C：使用 `_Pragma` 操作符 (C99/C++11)](#方案 C：使用 _Pragma 操作符 (C99/C++11))
三、宏定义 (`#define`))
四、条件编译
- 1.基本指令
- [2. 实战场景](#2. 实战场景)
- - 场景一：跨平台代码
  - 场景二：调试开关
五、预定义宏

一、预处理概述

在 C++ 代码被编译成机器指令之前，会先进行一次预处理 。预处理器处理所有以 # 开头的指令。它的工作本质上是文本替换：在编译器介入之前，把代码"整理"好。

主要功能：

文件包含：把头文件的内容复制到源文件中 (#include)。
宏定义：字符串替换 (#define)。
条件编译：决定哪些代码参与编译，哪些被忽略 (#ifdef, #ifndef)。

二、文件包含与代码组织

为了方便维护，C++ 项目通常将声明放入头文件 （.h/.hpp），将实现放入源文件（.cpp）。预处理器负责将它们组装在一起。

1. `#include` 的两种写法

#include <filename>：
- 引用标准库 或系统头文件。
- 编译器去系统环境变量指定的目录查找（如 <iostream>, <vector>）。
#include "filename"：
- 引用用户自定义头文件。
- 编译器优先在当前项目目录查找，找不到再去系统目录找。

2. 头文件重复包含问题

如果 A.h 包含了 B.h，而 C.cpp 同时包含了 A.h 和 B.h，那么 B.h 的内容会被复制两次。这会导致"重定义"错误。我们需要使用头文件保护。

方案 A：标准宏卫兵 (兼容性好)

利用条件编译指令来防止重复复制。

cpp 复制代码

// math_utils.h
#ifndef MATH_UTILS_H  // 1. 检查宏是否未定义
#define MATH_UTILS_H  // 2. 如果没定义，则定义它

// ... 声明内容 ...
int add(int a, int b);

#endif // 3. 结束检查

方案 B：使用`#pragma once` (简洁，效率高)

放在文件开头位置。
#pragma once 不涉及宏定义，效率更高。
非标准但被绝大多数现代编译器支持。

cpp 复制代码

// math_utils.h
#pragma once

// ... 声明内容 ...

方案 C：使用 `_Pragma` 操作符 (C99/C++11)

cpp 复制代码

_Pragma("once")
// ... 头文件内容 ...

_Pragma 可以和宏搭配使用，功能更强。

三、宏定义 (`#define`)

C++源程序中允许用一个标识符来表示一个字符串 ，称为"宏"。被定义为宏的标识符称为"宏名"。在编译预处理时，对程序中所有出现的宏名，都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完成的，宏替换是由预处理程序自动完成的。宏仅仅是单纯的文本替换，不进行类型检查，使用时需格外小心。

1.无参宏（常量宏）

常用于定义魔法数字。但在现代 C++ 中，建议使用 const 或 constexpr 代替。

cpp 复制代码

#define PI 3.14
// 预处理后，代码中所有的PI都会变成3.14

2.带参宏（宏函数）

类似函数调用，但省去了函数调用的入栈出栈开销。

语法： #define 宏名(参数表) 表达式

由于是文本替换，为了防止运算优先级错误，所有参数和整体表达式都必须加括号。

cpp 复制代码

// 错误写法
#define SQUARE(x) x * x
// 调用 SQUARE(1+1) -> 1+1 * 1+1 -> 1+1+1 = 3 (错误！)

// 正确写法
#define SQUARE(x) ((x) * (x))
// 调用 SQUARE(1+1) -> ((1+1) * (1+1)) = 4 (正确)

注意：宏函数没有类型检查，且容易产生副作用（例如传入 i++ 时可能会被执行两次），现代 C++ 推荐使用 inline 函数或 template。

3. 取消宏 (`#undef`)

cpp 复制代码

#define MAX_WIDTH 100
// ... 使用宏 ...
#undef MAX_WIDTH // 从这里开始，MAX_WIDTH 不再有效

四、条件编译

在 C++中，一般情况下，源程序中所有的行都参加编译。但有时希望对其中一部分内容只在满足一定条件才进行编译，也就是对一部分内容指定编译的条件，这就是"条件编译"。

条件编译允许我们根据不同的环境生成不同的代码（例如区分 Windows/Linux，或者 Debug/Release 模式）。

1.基本指令

#if / #elif / #else / #endif：基于常量表达式判断。
#ifdef 标识符：如果定义了该宏。
#ifndef 标识符：如果没定义该宏。

2. 实战场景

场景一：跨平台代码

cpp 复制代码

#ifdef _WIN32
    #include <windows.h>
    void clearScreen() { system("cls"); }
#elif __linux__
    #include <unistd.h>
    void clearScreen() { system("clear"); }
#else
    void clearScreen() { /* 不支持的平台 */ }
#endif

场景二：调试开关

通过定义 DEBUG 宏（通常在编译器参数中设置，如 g++ -DDEBUG ...）来控制日志输出。

cpp 复制代码

#ifdef DEBUG
    #define LOG(msg) std::cout << "[DEBUG] " << msg << std::endl
#else
    #define LOG(msg) // 发布版本中，LOG 被替换为空，不产生任何代码
#endif

int main() {
    LOG("程序启动"); // 只有在定义了 DEBUG 时才会输出
    return 0;
}

五、预定义宏

编译器内置了一些特殊的宏，常用于错误排查。

__FILE__：当前源文件名（字符串）。
__LINE__：当前代码行号（整数）。
__DATE__：编译日期。
__TIME__：编译时间。
__cplusplus：C++ 标准版本号。

C++编程基础(九)：预处理指令

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一、预处理概述

二、文件包含与代码组织

1. #include 的两种写法

2. 头文件重复包含问题

方案 A：标准宏卫兵 (兼容性好)

方案 B：使用#pragma once (简洁，效率高)

方案 C：使用 _Pragma 操作符 (C99/C++11)

三、宏定义 (#define)

1.无参宏（常量宏）

2.带参宏（宏函数）

3. 取消宏 (#undef)

四、条件编译

1.基本指令

2. 实战场景

场景一：跨平台代码

场景二：调试开关

五、预定义宏

1. `#include` 的两种写法

方案 B：使用`#pragma once` (简洁，效率高)

方案 C：使用 `_Pragma` 操作符 (C99/C++11)

三、宏定义 (`#define`)

3. 取消宏 (`#undef`)