文件包含的本质、预处理符号、# vs ##

news2024/12/24 20:18:33

何为头文件？

        在C语言中，文件包含是一种常见的编程技术，它允许程序员在一个源文件中使用另一个源文件中的函数或变量。

        文件包含通常使用`#include`预处理指令来实现。`#include`指令告诉预处理器将文件的内容插入到当前文件的指定位置中。

        例如，在一个C源文件中，如果想要使用另一个源文件中的函数，可以使用以下语句：

#include "otherfile.c"

        这个语句会告诉编译器将`otherfile.c`中的代码插入到当前文件的位置，然后再进行编译。当编译器遇到调用`otherfile.c`中的函数时，它能够找到函数的定义，并将它们编译到可执行文件中。

        需要注意的是，文件包含应该遵循一些最佳实践：

  • 为了避免重复包含，应该使用头文件而不是源文件进行文件包含。例如，使用`#include "otherfile.h"`而不是`#include "otherfile.c"`。 
    #include "otherfile.h"  //使用
#include "otherfile.c"  //不使用
  • 应该避免在头文件中放置函数或变量的定义。头文件应该只包含函数和变量的声明。
  • 应该避免在头文件中使用全局变量。全局变量会在包含文件的每个源文件中创建一个独立的实例，这样可能会导致命名冲突和意外行为。

为何所有头文件，都推荐写入下面代码？本质是为什么？

#ifndef XXX
#define XXX

//TODO

#endif

        这是为了避免头文件重复包含多次，导致编译错误或者不必要的浪费。当一个头文件被多次包含时，如果没有预处理器指令的保护，就会重复定义同一个符号，从而出现编译错误。

        为了避免这种问题，使用了 `#ifndef`、`#define`、`#endif` 三个预处理器指令，将头文件的内容包含在一个条件编译的块中。第一次包含头文件时，`XXX`未被定义，`#ifndef` 判断为真，进入条件编译块，`#define XXX` 定义符号 `XXX`，然后包含头文件的内容。

        当再次包含同一头文件时，`XXX`已被定义，`#ifndef` 判断为假，直接跳过条件编译块，从而避免了重复定义的问题。

#include究竟干了什么？

#include本质是把头文件中相关内容，直接拷贝至源文件中！

那么，在多文件包含中，有没有可能存在头文件被重复包含，乃至被重复拷贝的问题呢？

test.h
#ifndef _TEST_H_
#define _TEST_H_ //注意，这里没有包含<stdio.h>防止信息太多干扰我们
extern void show(); //任意一个函数声明
#endif

test.c
#include "test.h" //故意包含两次
#include "test.h"
int main()
{
    return 0;
}

经过预编译后的结果

# 1 "test.c"
# 1 "<built-in>"
# 1 "<command-line>"
# 1 "/usr/include/stdc-predef.h" 1 3 4
# 1 "<command-line>" 2
# 1 "test.c"
# 1 "test.h" 1 //test.h只被包含了1次
    extern void show();
# 2 "test.c" 2
int main()
{
    return 0;
}

但是当我们去掉条件编译呢？

# 1 "test.c"
# 1 "<built-in>"
# 1 "<command-line>"
# 1 "/usr/include/stdc-predef.h" 1 3 4
# 1 "<command-line>" 2
# 1 "test.c"
# 1 "test.h" 1
    extern void show(); //内容被拷贝第一次
# 2 "test.c" 2
# 1 "test.h" 1
    extern void show(); //内容被拷贝第二次
# 3 "test.c" 2
int main()
{
    return 0;
}

结论：

        所有头文件都必须带上条件编译，防止被重复包含！ 那么，重复包含一定报错吗？不会！ 重复包含，会引起多次拷贝，主要会影响编译效率！同时，也可能引起一些未定义错误，但是特别少。

#error 预处理

`#error`指令是C语言预处理器中的一个预编译指令，用于在预处理阶段产生编译错误。

#include <stdio.h>
#define __welcome
int main()
{
#ifdef __welcome
#error 老铁，非常感谢观看此篇文章哟！！！
#endif
	return 0;
}

        程序使用了条件编译指令`#ifdef`和`#endif`来判断`__welcome`宏是否已经定义。如果已经定义，则使用`#error`指令生成一个编译错误，输出一条提示信息。

#include <stdio.h>
//#define __welcome
int main()
{
#ifndef __welcome
#error 老铁，非常感谢观看此篇文章哟！！！
#endif
	return 0;
}

        程序定义了一个名为`__welcome`的宏，并使用了条件编译指令`#ifndef`和`#endif`来判断`__welcome`宏是否已经定义。如果未定义，则使用`#error`指令生成一个编译错误，输出一条提示信息。

结论:核心作用是可以进行自定义编译报错。

#line 预处理

 `#line`指令是C语言预处理器中的一个预编译指令，用于更改源代码中的行号和文件名，从而影响编译器错误和警告信息中的行号和文件名。

//本质其实是可以定制化你的文件名称和代码行号，很少使用
#include <stdio.h>
int main()
{
	printf("%s, %d\n", __FILE__, __LINE__); //C预定义符号，代表当前文件名和代码行号
#line 60 "welcome.h" //定制化完成
	printf("%s, %d\n", __FILE__, __LINE__);
	return 0;
}

        程序使用了`#line`指令将当前行号设置为60，并将当前文件名设置为`"welcome.h"`，从而定制化了文件名称和代码行号。在后续的`printf`函数中，预处理器会将`__FILE__`和`__LINE__`再次替换成定制化后的文件名和行号，从而输出新的信息。

#pragma 预处理

`#pragma`指令是一种不可依赖的、非标准的预处理指令，它通常被编译器用来提供一些与平台、编译器或者其他特殊需求相关的功能。

一些常见的`#pragma`指令包括：

  1.  `#pragma once`：告诉编译器只包含一次某个头文件，避免重复定义。
  2.  `#pragma GCC optimize`：指示GCC编译器优化代码。
  3.  `#pragma warning`：指示编译器输出警告信息。
  4.  `#pragma pack`：指示编译器对结构体进行字节对齐。
  5.  `#pragma message()`：可以用来进行对代码中特定的符号(比如其他宏定义)进行是否存在进行编译时消息提醒。
#include <stdio.h>
#define READ 
int main()
{
#ifdef READ
#pragma message("谢谢宝子阅读文章！！！")
#endif
	return 0;
}

 # 运算符

`#`运算符是C/C++语言中的一个预处理运算符，用于将宏定义参数转换成字符串常量。

#include<stdio.h>
int main()
{
	printf("hello world\n");
	printf("hello""world""\n");
	const char* msg = "hello""world""\n";
	//printf("%s\n",msg);
	printf(msg);
	return 0;
}

结论：相邻字符串自动连接特性 

#include<stdio.h>
#define STR(s) #s
int main()
{
	printf("PI = "STR(3.1415926)"\n");
	return 0;
}

 ## 预算符

`##`预算符是C/C++语言中的一个预处理运算符，用于将两个符号拼接成一个新的符号。

#include<stdio.h>
#define XNAME(n) student##n
int main()
{
	XNAME(1);
	XNAME(2);
	XNAME(3);
	XNAME(4);
	XNAME(5);
	XNAME(6);
	return 0;
}

 ##的实质：将##相连的两个符号，连接成为一个符号。

小练习实例：计算一个的科学计数法值

#include<stdio.h>

#define CONT(x,n) (x##e##n)
int main()
{
	//计算浮点数科学计数法，相当于1.1 * (10^2)
	printf("%f\n", 1.1e2);
	printf("%f\n", CONT(1.1, 2)); 
	return 0;
}

这段代码定义了一个宏`CONT`，用于将两个参数拼接成一个科学计数法格式的浮点数。在`main`函数中，首先使用`1.1e2`的科学计数法直接输出了`110.000000`，然后使用`CONT(1.1, 2)`宏对参数进行拼接，得到了相同的结果。由于`1.1`和`2`经过了拼接，因此最终展开的结果相当于`1.1e2`，即`110.000000`。这说明了`##`预算符可以用于将数字、字符串、变量名等不同类型的记号拼接在一起，从而得到想要的结果。

#include <stdio.h>

#define CONCAT(x, y) x##y

int main() {
    int xy = 10;
    printf("%d\n", CONCAT(x, y));//10
    return 0;
}

        使用`##`运算符和`CONCAT`宏定义输出变量`xy`的值。首先，在`main`函数中定义了一个名为`xy`的整型变量，并赋值为`10`。然后，通过`CONCAT(x, y)`宏调用，将参数`x`和`y`拼接在一起，得到了记号`xy`。最后，使用`printf`函数输出了`xy`变量的值，结果为`10`。由此可见，`##`运算符可以将字符串、变量名等记号拼接在一起，从而实现更加灵活的程序设计。

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