任务描述
在前面各项目中，已多次使用过以“#”号开头的预处理命令。如包含命令#include，宏定义命令#define 等。在源程序中这些命令都放在函数之外，而且一般都放在源文件的前面，它们称为预处理部分。本任务主要介绍预处理命令的使用。
知识学习
所谓预处理是指在进行编译的第一遍扫描（词法扫描和语法分析）之前所做的工作。预处理是C语言的一个重要功能，它由预处理程序负责完成。当对一个源文件进行编译时，系统将自动引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。
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。合理地使用预处理功能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。
在C语言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“宏代换”或“宏展开”。
宏定义是由源程序中的宏定义命令完成的。宏代换是由预处理程序自动完成的。
在C语言中，“宏”分为有参数和无参数两种。下面分别讨论这两种“宏”的定义和调用。
（1）不带参数的宏定义
不带参数的宏定义的一般形式为：
#define 标识符 字符串
其中的“#”表示这是一条预处理命令，凡是以“#”开头的均为预处理命令，“define”为宏定义命令，“标识符”为所定义的宏名；“字符串”可以是常数、表达式、格式串等。
在前面介绍过的符号常量的定义就是一种无参宏定义。此外，常对程序中反复使用的表达式进行宏定义。
例如：
#define M (y*y+3*y)
它的作用是指定标识符M 来代替表达式（y*y +3*y）。在编写源程序时，所有的（y*y+3*y）都可由M 代替，而对源程序作编译时，将先由预处理程序进行宏代换，即用（y*y +3*y）表达式去置换所有的宏名M，然后再进行编译。
例6.1 无参宏替换。
程序运行结果如图6.1所示。
图6.1 程序运行结果
例6.1 中首先进行宏定义，定义M 来替代表达式（y*y+3*y），在s=3*M+4*M+5*中M 作了宏调用。在预处理时经宏展开后该语句变为：
s=3*(y*y+3*y) +4*(y*y+3*y) +5*(y*y+3*y);
但要注意的是，在宏定义中表达式（y*y +3*y）两边的括号不能少，否则会发生错误。如当作以下定义后：
#difine M y*y+3*y
在宏展开时将得到下述语句：
s=3*y*y+3*y+4*y*y+3*y+5*y*y+3*y;
显然与原题意要求不符，计算结果当然是错误的。因此在作宏定义时必须十分注意，应保证在宏代换之后不发生错误。
对宏定义还要说明以下几点：
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，这只是一种简单的代换，字符串中可以含任何字符，可以是常数，也可以是表达式，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置换。
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。
例如：
此例中定义宏名OK 表示100，但在printf 语句中OK 被引号括起来，因此不作宏代换，这里把“OK”当字符串处理。
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。
例如：
printf("%f",S);
在宏代换后变为：
printf("%f",3.1415926*y*y);
⑥习惯上宏名用大写字母表示，以便于与变量区别，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。
例如：
#define STU struct stu
在程序中可用STU 作变量说明：
STU body[5],*p;
例如：
#define INTEGER int
在程序中即可用INTEGER 作整型变量说明：
INTEGER a,b;
应注意用宏定义表示数据类型和用typedef 定义数据说明符的区别。宏定义只是简单的字符串代换，是在预处理完成的；而typedef 是在编译时处理的，它不是作简单的代换，而是对类型说明符重新命名，被命名的标识符具有类型定义说明的功能。
例如：
#define PIN1 int *
typedef (int *)PIN2;
从形式上看这两者相似， 但在实际使用中却不相同。下面用PIN1，PIN2 说明变量时就可以看出它们的区别：
PIN1 a，b；在宏代换后变成：
int *a,b;
表示a 是指向整型的指针变量，而b 是整型变量。
然而：
PIN2 a,b;
表示a、b 都是指向整型的指针变量，因为PIN2 是一个类型说明符。由这个例子可见，宏定义虽然也可表示数据类型， 但毕竟是作字符代换，在使用时要分外小心，以避免出错。
⑧对“输出格式”作宏定义，可以减少书写麻烦。(www.xing528.com)
例6.2 输出格式作宏定义。
图6.2 例6.2 程序运行结果
（2）带参数的宏定义
C语言允许宏定义带有参数。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。
对带参数的宏定义，在调用中，不仅要宏展开，而且要用实参去代换形参。带参宏定义的一般形式为：
#define 宏名（形参表） 字符串
它的作用是在编译预处理时，将源程序中所有标识符替换成字符串，并且将字符串中的参数用实际使用的参数替换。
带参宏调用的一般形式为：
宏名（实参表）；
例如：
这显然是错误的。
②在带参宏定义中，形式参数不分配内存单元，因此不必作类型定义。而宏调用中的实参有具体的值，要用它们去代换形参，因此必须作类型说明。这是与函数中的情况不同的。在函数中，形参和实参是两个不同的量，各有自己的作用域，调用时要把实参值赋予形参，进行“值传递”。而在带参宏定义中，只是符号代换，不存在值传递的问题。
③在宏定义中的形参是标识符，而宏调用中的实参可以是表达式。
例如：
上例中第一行为宏定义，形参为y。程序第七行宏调用中实参为a +1，是一个表达式，在宏展开时，用a+1 代换y，再用（y）*（y）代换SQ，得到如下语句：
sq=(a+1)*(a+1);
这与函数的调用是不同的，函数调用时要把实参表达式的值求出来再赋予形参，而宏代换中对实参表达式不作计算直接地照原样代换。
④在宏定义中，字符串内的形参通常要用括号括起来以避免出错。在上例中的宏定义中（y）*（y）表达式的y 都用括号括起来，因此结果是正确的。如果去掉括号，把程序改为以下形式：
a 都取值3，加括号宏定义后得到的sq 值是16，不加括号宏定义后得到的sq 值是7。问题在哪里呢？ 这是由于代换只作符号代换而不作其他处理而造成的。宏代换后将得到以下语句：
sq=a+1*a+1;
这显然与题意相违，因此参数两边的括号是不能少的。即使在参数两边加括号还是不够的，把程序改为以下形式：
#define SQ(y)(y)*(y)
本程序与前例相比，只把宏调用语句改为：
sq=160/SQ(a+1);
运行本程序a 仍然取值3，希望结果为10。但实际运行的结果是：
sq=160
为什么会得这样的结果呢？ 分析宏调用语句，在宏代换之后变为：
sq=160/(a+1)*(a+1);
a 为3 时，由于“/”和“*”运算符优先级和结合性相同，则先作160/（3 +1）得40，再作40*（3 +1）最后得160。为了得到正确答案应在宏定义中的整个字符串外加括号，程序修改如下：
以上讨论说明，对于宏定义不仅应在参数两侧加括号，也应在整个字符串外加括号。
⑤带参的宏和带参函数很相似，但有本质上的不同，除上面已谈到的各点外，把同一表达式用函数处理与用宏处理两者的结果有可能是不同的。
⑥宏定义也可用来定义多个语句，在宏调用时，把这些语句又代换到源程序内。
（3）宏定义程序实例
例6.3 输入圆的半径，计算圆的周长和面积，要求用宏定义实现。
图6.3 例6.3 程序运行结果
程序说明：
本例中“#define PI 3.14”的含义是用标识符PI 来代替“3.14”这个字符串，在程序中出现的都是宏名PI。在编译前预处理时，将程序中所有的PI 都用3.14 来替换。
任务总结
宏（Macro）是一种批量处理的称谓。在绝大多数情况下，“宏”这个词的使用暗示着将小命令或动作转化为一系列指令。
宏定义的优点：
①使用简单宏定义可用宏代替一个在程序中经常使用的常量，在将该常量改变时，不用对整个程序进行修改，只修改宏定义的字符串即可，而且当常量比较长时， 可以用较短的有意义的标识符来写程序，这样更方便一些。
②宏定义在编译期间即会使用并替换，而全局变量要到运行时才可以。
③宏定义的只是一段字符，在编译的时候被替换到引用的位置。在运行中是没有宏定义的概念的，而变量在运行时要为其分配内存。
④宏定义不可以被赋值，即其值一旦定义不可修改，而变量在运行过程中可以被修改。
⑤宏定义只有在定义所在文件或引用所在文件的其他文件中使用，而全局变量可以在工程所有文件中使用，只要在使用前加一个声明就可以了。换句话说，宏定义不需要extern。
⑥宏定义可以提高程序的运行效率。
宏定义的缺点：
①由于是直接嵌入的，所以代码可能相对多一点。
②嵌套定义过多可能会影响程序的可读性，而且很容易出错，不容易调试。
③对于带参数的宏而言，由于是直接替换，并不会检查参数是否合法，因此存在安全隐患。
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