程序員之程序設(shè)計知識點九
9.1 宏定義
宏定義有無參數(shù)宏定義和帶參數(shù)宏定義兩種。
無參數(shù)的宏定義的一般形式為
# define 標識符 字符序列
其中# define之后的標識符稱為宏定義名(簡稱宏名)，要求宏名與字符序列之間用空格符分隔。這種宏定義要求編譯預(yù)處理程序?qū)⒃闯绦蛑须S后所有的定名的出現(xiàn)(注釋與字符串常量中的除外)均用字符序列替換之。前面經(jīng)常使用的定義符號常量是宏定義的最簡單應(yīng)用。如有：
# define TRUE 1
# define FALSE 0
則在定義它們的源程序文件中，凡定義之后出現(xiàn)的單詞TRUE將用1替代之;出現(xiàn)單詞FALSE將用0替代之。
在宏定義的#之前可以有若干個空格、制表符，但不允許有其它字符。宏定義在源程序中單獨另起一行，換行符是宏定義的結(jié)束標志。如果一個宏定義太長，一行不夠時，可采用續(xù)行的方法。續(xù)行是在鍵人回車符之前先鍵入符號“\”。注意回車要緊接在符號“\”之后，中間不能插入其它符號。
宏定義的有效范圍稱為宏定義名的轄域，轄域從宏定義的定義結(jié)束處開始到其所在的源程序文件末尾。宏定義名的轄域不受分程序結(jié)構(gòu)的影響?？梢杂妙A(yù)處理命令#undef終止宏定義名的轄域。
在新的宏定義中，可以使用前面已定義的宏名。例如，
# define R 2.5
# define PI 3.1415926
# define Circle 2*PI*R
# define Area PI* R * R
程序中的Circle被展開為2*3.1415926* 2.***rea被展開為3.1415926*2.5*2.5。
如有必要，宏名可被重復(fù)定義。被重復(fù)定義后，宏名原先的意義被新意義所代替。
通常，無參數(shù)的宏定義多用于定義常量。程序中統(tǒng)一用宏名表示常量值，便于程序前后統(tǒng)一，不易出錯，也便于修改，能提高程序的可讀性和可移植性。特別是給數(shù)組元素個數(shù)一個宏定義，并用宏名定義數(shù)組元素個數(shù)能部分彌補數(shù)組元素個數(shù)固定的不足。
注意：預(yù)處理程序在處理宏定義時，只作字符序列的替換工作，不作任何語法的檢查。如果宏定義不當，錯誤要到預(yù)處理之后的編譯階段才能發(fā)現(xiàn)。宏定義以換行結(jié)束，不需要分號等符號作分隔符。如有以下定定義：
# define PI 3.1415926;
原希望用PI求圓的周長的語句
c=2*PI*r;
經(jīng)宏展開后，變成
c=2*3.1415926*r;
這就不能達到希望的要求。
帶參數(shù)宏定義進一步擴充了無參數(shù)宏定義的能力，在字符序列替換同時還能進行參數(shù)替換。帶參數(shù)定定義的一般形式為
# define 標識符(參數(shù)表)字符序列
其中參數(shù)表中的參數(shù)之間用逗號分隔，字符序列中應(yīng)包含參數(shù)表中的參數(shù)。在定義帶參數(shù)的宏時，宏名標識符與左圓括號之間不允許有空白符，應(yīng)緊接在一起，否則變成了無參數(shù)的宏定義。如有宏定義：
# define MAX(A，B) ((A) > (B)?(A):(B))
則代碼 y= MAX( p+q， u+v)將被替換成 y=((p+q) >(u+v)?(p+q):(u+v)。
程序中的宏調(diào)用是這樣被替換展開的，分別用宏調(diào)用中的實在參數(shù)字符序列(如p+q和u+V) 替換宏定義字符序列中對應(yīng)所有出現(xiàn)的形式參數(shù)(如用p+q替代所有形式參數(shù)A，用u+V替代所有形式參數(shù)B)，而宏定義字符序列中的不是形式參數(shù)的其它字符則保留。這樣形成的字符序列，即為宏調(diào)用的展開替換結(jié)果。宏調(diào)用提供的實在參數(shù)個數(shù)必須與宏定義中的形式參數(shù)個數(shù)相同。
注意：宏調(diào)用與函數(shù)調(diào)用的區(qū)別。函數(shù)調(diào)用在程序運行時實行，而宏展開是在編譯的預(yù)處理階段進行;函數(shù)調(diào)用占用程序運行時間，宏調(diào)用只占編譯時間;函數(shù)調(diào)用對實參有類型要求，而宏調(diào)用實在參數(shù)與宏定義形式參數(shù)之間沒有類型的概念，只有字符序列的對應(yīng)關(guān)系。函數(shù)調(diào)用可返回一個值，宏調(diào)用獲得希望的C代碼。另外，函數(shù)調(diào)用時，實參表達式分別獨立求值在前，執(zhí)行函數(shù)體在后。宏調(diào)用是實在參數(shù)字符序列替換形式參數(shù)。替換后，實在參數(shù)字符序列就與相鄰的字符自然連接，實在參數(shù)的獨立性就不一定依舊存在。如下面的宏定義：
# define SQR(x) x*x
希望實現(xiàn)表達式的平方計算。對于宏調(diào)用
P=SQR(y)
能得到希望的宏展開p= y*y。但對于宏調(diào)用q=SQR(u+v)得到的宏展開是q=u+V*u+V。顯然，后者的展開結(jié)果不是程序設(shè)計者所希望的。為能保持實在參數(shù)替換后的獨立性，應(yīng)在宏定義中給形式參數(shù)加上括號。進一步，為了保證宏調(diào)用的獨立性，作為算式的宏定義也應(yīng)加括
號。如 SQR宏定義改寫成：
# define SQR((x)*(x))
才是正確的宏定義。
對于簡短的表達式計算函數(shù)，或為了提高程序的執(zhí)行效率、避免函數(shù)調(diào)用時的分配存儲單元、保留現(xiàn)場、參數(shù)值傳遞、釋放存儲單元等工作。可將函數(shù)定義改寫成宏定義。所以合理使用宏定義，可以使程序更簡潔。
9.2 文件包含
文件包含預(yù)處理命令(簡稱文件包含命令)實現(xiàn)將指定文件的內(nèi)容作為當前源程序的一部分。文件包含預(yù)處理命令的一般形式為
# include “文件名”。
或
# include<文件名>
文件包含命令為組裝大程序和程序文件復(fù)用提供了一種手段。在編寫程序時，習(xí)慣將公共的常量定義、數(shù)據(jù)類型定義和全局變量的外部說明構(gòu)成一個源文件。稱這類沒有執(zhí)行代碼的文件為頭文件，并以“.h”為文件名的后綴。其它程序文件凡要用到頭文件中定義或說明的程序?qū)ο髸r，就用文件包含命令使它成為自己的一部分。這樣編程的好處是各程序文件使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和常量，能保證程序的一致性，也便于修改程序。頭文件如同標準零件一樣被其它程序文件使用，減少了重復(fù)定義的工作量。
9.3 條件編譯
條件編譯是指在編譯一個源程序文件時，其中部分代碼段能根據(jù)條件成立與否有選擇地被編譯。即編譯程序只編譯沒有條件或條件成立的代碼段，而不編譯不滿足條件的代碼段。
條件編譯為組裝與環(huán)境有關(guān)的大程序提供有力的支持，能提高程序的可移植性和可維護性。通常在研制程序系統(tǒng)時，設(shè)計者將所有與環(huán)境有關(guān)的內(nèi)容編寫成獨立的程序段，并將它們配上相應(yīng)的條件編譯命令。因環(huán)境不同等原因，只要設(shè)定相應(yīng)條件，就能組裝出適應(yīng)環(huán)境要求的新程序。
條件編譯命令主要有三種相似的形式。
(1) #if 表達式
程序段1
# else
程序段2
# endif
其中表達式為常量表達式，其意義是當指定的表達式值為非零時，程序段1參與編譯，程序段2不參與編譯;否則，反之。
這種形式的條件編譯命令使預(yù)處理程序能根據(jù)給定的條件確定哪個程序段參與編譯，哪個程序段不參與編譯。
在上述一般形式中，當程序段2不出現(xiàn)時，也可簡寫為
#if 表達式
程序段
# endif
條件編譯與if語句有重要區(qū)別：條件編譯是在預(yù)處理時判定的，不產(chǎn)生判定代碼，其中一個不滿足條件的程序段不參與編譯，不會產(chǎn)生代碼;且語句是在運行時判定的，且編譯產(chǎn)生判
定代碼和兩個分支程序段的代碼。因此，條件編譯可減少目標程序長度，能提高程序執(zhí)行速度。但條件編譯只能測試常值或常量表達式，而且語句能對表達式作動態(tài)測試。
條件編譯預(yù)處理命令也可呈嵌套結(jié)構(gòu)。特別是為了便于描述# else后的程序段又是條件編譯情況，引人須處理命令符# elif。它的意思就是# else #if。所以條件編譯須處理命令更一般的形式為
# if 表達式 1
程序段1
# elif 表達式 2
程序段2
# elif 表達式 n
程序段n
# else
程序段 n+l
# endif
(2) # ifdef 標識符
程序段1
# else
程序段2
# endif
其中標識符是一個宏名，上述意義是當宏名已被定義，則程序段里參與編譯，程序段2不參與編譯;否則，反之。這里的程序段可以是任何C代碼行，也可以包含預(yù)處理命令行。其中的標識符只要求已定義與否，與標識符被定義成什么是無關(guān)的。如標識符只用于這個目的，常用以下形式的宏定義來定義這類標識符：
# define 標識符
即標識符之后為空，直接以換行結(jié)束該宏定義命令。
在上述一般形式中，如果程序段2為空，則可簡寫成如下一般形式：
# ifdef 標識符
程序段
# endif
條件編譯主要作用是能提高程序的通用性，應(yīng)用于不同的計算機系統(tǒng)編譯不同的源程序段。條件編譯另一種應(yīng)用是在程序中插入調(diào)試狀態(tài)下輸出中間結(jié)果的代碼。如：
# ifdef DEBUG
printf(“a=%d， b=%d \n”， a， b);
# endif
程序在調(diào)試狀態(tài)下與包含宏定義命令
# define BEBUG
的頭文件一起編譯;在要獲得最終目標程序時，不與包含該宏定義命令的頭文件一起編譯。這樣，在調(diào)試通過后，不必再修改程序，已獲得了正確的最終程序。為了日后程序維護，將調(diào)試時使用的程序代碼留在源程序中是專業(yè)程序員習(xí)慣采用的方法。因為這些代碼的存在不影響最終目標碼，但有助于日后修改程序時的調(diào)試需要。
(3) # ifndef 標識符
程序段1
# else
程序段2
# endif
這種條件編譯形式與前面介紹的形式的唯一差異是***行的ifdef改為ifndef。其意義是當標識符末被定義時，程序段1參與編譯，程序段2不參與編譯;否則，反之。在上述形式中，當程序段2不出現(xiàn)時，可簡寫成：
# infdef 標識符
程序段
# endif
9.4 帶參數(shù)的主函數(shù)
在操作系統(tǒng)下執(zhí)行某個C程序，是環(huán)境對C程序的啟動，可以看作是對該程序的main()函數(shù)的調(diào)用。main()函數(shù)執(zhí)行結(jié)束后，控制返回環(huán)境。為能從環(huán)境向C程序傳遞信息，啟動C程序的命令行可帶有任選的參數(shù)。命令行的一般形式為
程序名 參數(shù)1 參數(shù)2……參數(shù)n
其中程序名和各參數(shù)之間用空白符分隔。
為能讓main()函數(shù)讀取命令行中的參數(shù)，環(huán)境將多個參數(shù)以兩個參數(shù)形式傳遞給main()函數(shù)、其中***個參數(shù)(習(xí)慣記作argc) 表示命令行中參數(shù)的個數(shù)(包括程序名);第二個參數(shù)(習(xí)慣記作argv)是一個字符指針數(shù)組。其中argv[0] 指向程序名字符串的***個字符，argv[1]指向參數(shù)1字符串的***個字符，…，argv[argc-1] 指向***一個參數(shù)字符串的***個字符。如果利因山等于1，則表示程序名后面沒有參數(shù)。下面的例子用于說明main()函數(shù)對參數(shù)argc
與argv的引用方法。
【例9.l】 回打啟動程序時的命令行各參數(shù)。
# include
void main(int argc, char *argv[] /* 或char **argv; */)
{ int k;
for( k=l; k
printf(“%c”，argv[k]，k printf(“\n\n”);
}
如上述程序的執(zhí)行程序名為echopro.exe，執(zhí)行該程序的命令行為：
echopro Hello world!
則程序?qū)⑤敵?/p>
Hello world!
在以上命令行中，根據(jù)約定，main()函數(shù)的參數(shù)argc的值為3;argv[0],argv[1],argv[2]分別指向字符串“echopro”、“Hello”、“world!”的***個字符。在程序的printf()函數(shù)調(diào)用中，字符輸出格式%c輸出一個字符，若是已輸出了命令行***一個參數(shù)，該格式將輸出一個換行符，若是輸出其它參數(shù)，則輸出一個空白符。
因函數(shù)的數(shù)組參數(shù)是指向數(shù)組首元素的指針變量，所以在主函數(shù)main()中可對argv施行增量運算。例如，在argv[0]指針指向程序名字符串的***個字符情況下，對argv施增量運算++argv后，argv[0](或*argv)就指向參數(shù)1的***個字符c利用argv的這一性質(zhì)，可改寫上述程序為以下形式：
# include
void main(int argc,char **argv)
{ while(--argc>0)
printf(“%s%c”，*++argv,argc>1? '':'\n');
}
這里，++argv使指針argv先加1，讓它一開始就指向參數(shù)1;逐次增回，使它遍歷指向各參數(shù)。又利用函數(shù)printf()的***個格式參數(shù)是字符串表達式，上述程序?qū)rintf()的調(diào)用可改寫成：
printf((argc> l) ? “%s”：“%s\n”，* ++argv);
【例9.2】 假定啟動程序時給出的命令行參數(shù)是一串整數(shù)，程序?qū)⑷空麛?shù)求和后輸出。
# include
# include
void main( int argc,char **argv)
{ int k，s;
for(s=0, k=l;)
s+=atoi(*++agv); /* 從數(shù)字字符串譯出整數(shù) */
printf( “\t%d\n”， s);
}
【編輯推薦】
