C預處理器

C預處理器是C語言、C++語言的預處理器。用於在編譯器處理程序之前預掃描原始碼，完成頭文件的包含，巨集擴展，條件編譯，行控制（line control）等操作。

編譯階段

C語言標準規定，預處理是指前4個編譯階段（phases of translation）。

1. 三字符組與雙字符組的替換
2. 行拼接（Line splicing）: 把物理源碼行（Physical source line）中的換行符轉義字符處理為普通的換行符，從而把源程序處理為邏輯行的順序集合。
3. 單詞化（Tokenization）: 處理每行的空白、註釋等，使每行成為token的順序集。
4. 擴展巨集與預處理指令（directive）處理。

包含文件

用於包含另一個文件:

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    printf("Hello, world!\n");
    return 0;
}

條件編譯

if-else指令包括#if, #ifdef, #ifndef, #else, #elif and #endif .

#if VERBOSE >= 2
  print("trace message");
#endif

#ifdef __unix__ /* __unix__ is usually defined by compilers targeting Unix systems */
# include <unistd.h>
#elif defined _WIN32 /* _WIN32 is usually defined by compilers targeting 32 or 64 bit Windows systems */
# include <windows.h>
#endif

#if !(defined __LP64__ || defined __LLP64__) || defined _WIN32 && !defined _WIN64
	// we are compiling for a 32-bit system
#else
	// we are compiling for a 64-bit system
#endif

巨集定義與擴展

有兩種巨集：

• 類似對象的巨集（無參數的巨集）
• 類似函數的巨集（帶參數的巨集），在第一個標識符與左括號之間，絕不能有空格。

#define <identifier> <replacement token list>                    // object-like macro
#define <identifier>(<parameter list>) <replacement token list>  // function-like macro, note parameters

宏定義可以用#undef取消:

#undef <identifier>                                              // delete the macro

特殊巨集與指令

__FILE__ 與 __LINE__, 擴展為當前文件與行號。例如:

// debugging macros so we can pin down message origin at a glance
#define WHERESTR  "[file %s, line %d]: "
#define WHEREARG  __FILE__, __LINE__
#define DEBUGPRINT2(...)       fprintf(stderr, __VA_ARGS__)
#define DEBUGPRINT(_fmt, ...)  DEBUGPRINT2(WHERESTR _fmt, WHEREARG, __VA_ARGS__)
//...

  DEBUGPRINT("hey, x=%d\n", x);

C或C++語言標準定義了巨集： __STDC__, __STDC_VERSION__, __cplusplus,__DATE__,__TIME__,__func__等。

Token字符串化

#運算符(Stringification Operator)把隨後的token轉化為C語言的字符串。

#define str(s) #s

str(p = "foo\n";) // outputs "p = \"foo\\n\";"
str(\n)           // outputs "\n"

即使#運算符後面的是另一個巨集名，這個宏名將不會被巨集展開，而是按照字面值被當作一個字符串。因此，如果需要#運算符後面的巨集名做巨集展開，需要使用兩層巨集的嵌套使用，其中外層的巨集展開時也一併把#運算符後面的巨集名做巨集展開。例如：

#define xstr(s) str(s)
#define str(s) #s
#define foo 4

str (foo)  // outputs "foo"
xstr (foo) // outputs "4"

Token連接

##運算符(Token Pasting Operator)連接兩個token為一個token.

#define DECLARE_STRUCT_TYPE(name) typedef struct name##_s name##_t

DECLARE_STRUCT_TYPE(g_object); // Outputs: typedef struct g_object_s g_object_t;

##運算符左側或右側如果是另一個巨集名，這個宏名將不會被巨集展開，而是按照字面值被當作一個token。因此，如果需要##運算符左右的巨集名做宏展開，需要使用兩層巨集的嵌套使用，其中外層的巨集展開時也一併把##運算符左右的巨集名做宏展開。

用戶定義的編譯錯誤與警告

#error "error message"
#warning "warning message"

編譯器相關的預處理特性

#pragma指令提供了編譯器特定的預處理功能。

外部連結

• ISO/IEC 9899（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）. The official C standard. As of 2014, the latest publicly available version is a working paper for C11（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）.
• GNU CPP online manual（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
• Visual Studio .NET preprocessor reference（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
• Pre-defined C/C++ Compiler Macros project（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）: lists "various pre-defined compiler macros that can be used to identify standards, compilers, operating systems, hardware architectures, and even basic run-time libraries at compile-time"