2020-08-05
184
Препроцессор языка Си представляет собой программу (подпрограмму), которая используется для обработки исходного файла на нулевой фазе компиляции. Чаще всего препроцессор не отдельная программа, а входит в состав компилятора.
Директивы препроцессора представляют инструкции, записанные в исходном тексте программы. Они обычно используются для того, чтобы облегчить модификацию исходных программ и сделать их более независимыми от особенностей различных реализаций компилятора языка Си, разных компьютеров и операционных сред.
Стадии препроцессорной обработки
1. Все системно-зависимые обозначения (например, системно-зависимый индикатор конца строки) перекодируются в стандартные коды.
2. Каждая пара символов «\» и «конец строки» убираются, и тем самым следующая строка присоединяется к исходной.
3. В тексте распознаются директивы препроцессора, а каждый комментарий заменяется пробелом.
4. Выполняются директивы препроцессора и выполняются макроподстановки.
5. ESC -последовательности в строках (символах) заменяются на их эквиваленты (числовые коды).
6. Смежные символьные строки объединяются в одну строку.
С помощью директив препроцессора можно выполнять следующие действия
• заменять идентификаторы заранее подготовленными последовательностями символов;
• включать тексты из файлов;
• исключать из текста программы отдельные его части (условная компиляция);
• заменять обозначения параметризованным текстом (макроподстановки).
Определены следующие препроцессорные директивы: #define #include #undef #if #ifdef #else #endif #elif #line #error # ##
Кроме того, обычно в данной теме рассматривают и указания компилятору, внешне похожие на директивы препроцессора. Например, в Microsoft Visual C++ существует указание компилятору #pragma.
Замены в тексте
Директива позволяет заменить некоторый идентификатор в тексте программы на некоторый текст (строку замещения). Формат директивы:
#define <идентификатор> [<текст>]
Директива может располагаться в любом месте обрабатываемого текста, ее действие от точки размещения до конца текста программы (имеется ввиду, что в текущий файл могут включаться и другие файлы, это все составляет исходный текст программы). Директива определяет идентификатор как препроцессорный (это условие можно далее использовать для условной компиляции). В результате обработки вхождения идентификатора заменяются текстом, окончание которого признак конца строки. Символы пробела в начале и конце текста в подстановке не участвуют. Если текст слишком длинный его можно продолжить на другой строке, использую символ «\».
Идентификатор можно переопределять с помощью другого использования #define или отменить его действие с помощью директивы
#undef <идентификатор>
Директива широко используется в стандартных заголовочных файлах. Например, в файле math.h:
#define M_E 2.71828182845904523536
#define M_LOG2E 1.44269504088896340736
#define M_LOG10E 0.434294481903251827651
#define M_LN2 0.693147180559945309417
#define M_LN10 2.30258509299404568402
#define M_PI 3.14159265358979323846
#define M_PI_2 1.57079632679489661923
#define M_PI_4 0.785398163397448309616
#define M_1_PI 0.318309886183790671538
#define M_2_PI 0.636619772367581343076
#define M_2_SQRTPI 1.12837916709551257390
#define M_SQRT2 1.41421356237309504880
#define M_SQRT1_2 0.707106781186547524401
Макроподстановки
Макрос – это средство замены одной последовательности символов другой (замена в тексте простейшая форма макроса).
Большими возможностями обладают макроопределения с параметрами.
Формат макроподстановки с параметрами:
#define <идентификатор>(<список_параметров>) <текст>
Примеры:
#define max(a, b) a<b?b:a
Вхождение в программу max(x, 10) заменяется на x<10?10:x
#define abs(x) x>=0?x:-x
Вхождение в программу abs(a) заменяется на a>=0?a:-a
Отличие макросов от функций
1. Функции имеют код (за исключением inline-функций) в одном экземпляре, а коды макроса вставляются в программу столько раз, сколько используется макрос, причем подстановка для макроса осуществляется всегда.
2. Функции работают с определенными типами параметров, макрос пригоден для обработки параметров любого типа, допустимых в выражении строки замещения.
Механизм перегрузки и шаблоны функций в Си++ позволяют решать те же задачи.
Ниже представлен пример с использованием макросов. В примере вместо скобок { } используются слова begin/BEGIN и end/END, как в зыке Паскаль, на самом деле в тексте эти слова заменяются на соответствующие скобки. Также представлен пример макроса с параметрами.
#include <stdio.h>
#define begin {
#define end }
#define BEGIN {
#define END }
#define max(a, b) a>b?a:b
int main(int argc, char* argv[])
{
int A[10];
int i;
int x=10, y=5, z;
for(i=0; i<10; i++) begin
A[i]=i*i;
printf("%d ", A[i]);
end
z=max(x, y); // z=x>y?x:y;
printf("z=%d", z);
return 0;
}
Включение текстов из файлов
Директива выполняет простое действие: вставляет текст из одного файла в другой файл в заданном месте. Формат директивы:
#include “(путь_к_файлу)_имя_файла”
#include <(путь_к_файлу)_имя_файла>
Когда используются символы “” файл в первую очередь ищется в текущем каталоге, а затем в системных, в которые установлена среда разработки, а когда <>, то файл ищется в первую очередь в системных каталогах, а затем в текущем. Чаще всего используются включения заголовочных файлов, содержащих заголовки функций и другие общие объявления.
Условная компиляция
С помощью директив условной компиляции некоторые фрагменты исходного текста программы могут включаться в текст или исключаться из текста во время компиляции в зависимости от условий. Следует отметить, что если фрагмент текста не включается на компиляцию, то в нем могут быть какие угодно синтаксические ошибки, они на результат работы компилятора влиять не будут. Директивы условной компиляции имеют три различные формы, формат которых представлен ниже.
Первая форма:
#if <целочисленное_выражение1>
[<текст>]
[#elif < целочисленное_выражение2>
<текст>]
[#elif < целочисленное_выражение3>
<текст>]
…..
[#else
<текст>]
#endif
Целочисленное выражение не должно содержать операцию sizeof, приведение типов и константы, определенные через enum. Директива работает так, если целочисленное выражение после #if истинно (отлично от 0), то на компиляцию включается текст после #if, остальные тексты после #elif и #else на компиляцию не попадают. Если после #if выражение ложно (равно 0), то последовательно проверяются выражения после #elif, когда находится выражение истинное (отличное от 0), то на компиляцию попадает один фрагмент после этого #elif. Если не одно #elif не сработало, все целочисленные выражения ложные, то на компиляцию поступает текст после #else до #endif (если директива #else есть).
Ниже представлен пример, в котором на печать выводится else, фрагменты исходного текста, которые не поступают на компиляцию, набраны с синтаксическими ошибками.
#include <stdio.h>
#define _M 0
int main(int argc, char* argv[])
{
#if _M
pr3464572intf("1");
#elif 0
prin4363tf("2");
#elif 0
pri35252ntf("3");
#else
printf("else");
#endif
return 0;
}
Вторая форма:
#ifdef <идентификатор>
[<текст>]
[#elif < целочисленное_выражение2>
<текст>]
[#elif < целочисленное_выражение3>
<текст>]
…..
[#else
<текст>]
#endif
В этой форме первое условие считается истинным, если идентификатор после #ifdef до этого объявлен, как препроцессорный в директиве #define, в этом случае на компиляцию поступает текст после #ifdef, если идентификатор до этого не объявлен, как препроцессорный, то далее условия проверяются, как в первой форме.
Третья форма:
#ifndef <идентификатор>
[<текст>]
[#elif < целочисленное_выражение2>
<текст>]
[#elif < целочисленное_выражение3>
<текст>]
…..
[#else
<текст>]
#endif
В отличие от второй формы первое условие считается истинным, если идентификатор после #ifndef до этого не объявлен, как препроцессорный в директиве #define, а ложном в том случае, если идентификатор объявлен, как препроцессорный, в этом случае далее условия проверяются, как в первой форме.
Вместо директив #ifdef и #ifndef можно использовать более старые формы:
#if defined(<идентификатор>)
#if!defined(<идентификатор>)
defined(<идентификатор>) – может использоваться в качестве ограниченного константного выражения, например, после #elif.
Директивы условной компиляции могут использоваться для отладочных печатей, для защиты заголовочных файлов от повторного включения, а также для повышения переносимости программ.
Пример отладочных печатей, их все можно убрать из текста изменив одно строчку программы.
#include <stdio.h>
#define Pechat
int main(int argc, char* argv[])
{
int x=10;
int y=167;
#ifdef Pechat
printf("\nx=%d", x);
#endif
#ifdef Pechat
printf("\ny=%d", y);
#endif
printf("\nRez=%d", x+y);
return 0;
}
Также заголовочные файлы должны иметь защиту от повторного включения, например, все стандартные заголовочные файлы имеют защиту от повторного включения. Пример структуры файла stdio.h:
#ifndef _INC_STDIO
#define _INC_STDIO
……..
// Основное содержание файла
…….
#endif /* _INC_STDIO */
