第九章 编译预处理和位运算

预处理命令是指C语言设置的像#include这样的在源程序编译之前必须进行处理的命令。C语言的预处理命令均以 # 打头，末尾不加分号，以区别于C语句。

9.1 宏定义

　　宏定义就是用一串字符代替名字，这串字符既可以是常数也可以是任何字符串，甚至是可以带参数的宏。例如：

　　#define PI 3.14159 　　PI称作宏名，3.14159称作宏体。

同一源文件，宏名不可以相同。多个源文件宏名可以重名。宏的作用域就是所在的源文件。

9.1.1 符号常量宏定义

　　符号常量宏定义，其宏体为常量表达式。预处理时，将把程序中该宏体定义之后的所有宏名用宏体替换。这是一种简单的字符替换，不进行任何计算。

　　使用宏替换的好处：

　　1）提高了程序的可读性。

　　2）易修改性。

9.1.2 带参数的宏定义

　　#define  name(parameter - list)  stuff

　　对于带参数的宏定义，在编译预处理时，不仅要进行字符串替换而且还要进行参数替换。宏体不仅可以是字符串常数，也可以是表达式或语句组成的字符串。参数列表的左括号必须与宏名紧邻。如果有空白参数列表就会被解释成为stuff的一部分。

注意：

　　1）宏名与宏体之间应以空格间隔，所以宏名中不能含有空格。

　　2）宏名不能用引号括起来。否则将不进行宏替换。

　　3）较长的定义在一行中写不下时，除最后一行外，每一行都在末尾加一个反斜杠 表示要续行，如下所示：

#define DEBUG_PRINT printf("File %s line %d:"
                            " x=%d,y=%d,z=%d",
                            __FILE__,__LINE__,
                            x,y,z)

也可以使用#define指令把一系列语句插到程序中，如下所示：

#define PROCESS_LOOP          
    for(int i=0;i<10;i++)     
    {                         
            sum+=i;           
            if (i > 0)        
                prod *= i;    
    }

　　4）对带参数宏定义，宏体及其各个形参应该用圆括号括起来。

　　5）宏定义可以写在源程序中的任何地方，但一定要写在程序中引用该宏之前。通常写在一个文件之首。

宏与函数的区别：

　　1）时空效率不同。宏替换时要宏体去替换宏名，往往使程序体积膨胀，加大系统的存储开销。但是它不像函数调用要进行参数传递、保存现场、返回等操作，所以时间效率比函数高。所以，通常对简短的表达式，以及调用频繁、要求快速响应的场合，采用宏比采用函数合适。

　　2）宏虽可以带参数，但宏替换过程中不像函数那样要进行参数值的计算、传递及结果返回等操作；宏替换只是简单的字符替换不进行计算。因此，一些过程中是不能用宏代替函数的，如递归调用等。

9.1.3 宏定义解除

　　宏定义具有全局作用域。为了限制宏的使用范围，可以使用编译预处理命令 #undef来解除已有的宏定义，其一般格式：

　　#undef 标识符

其中，标识符是在此之前使用#define定义过的符号常量或带参数的宏，在此命令之后，该宏定义被解除。

9.2文件包含

　　文件包含是通过命令#include 把已经进入系统的另一个文件的整个内容嵌入进来。实际是宏替换的延伸。预处理包含这条指令，并用包含文件的内容取而代之。

　　文件包含有两种格式：

　　格式1：#include "文件标识"

　　文件标识中包含有文件路径。按这种格式定义时，预处理程序首先在原来的源文件目录中检索该指定的文件；如果没有找到，则按系统指定的标准方式检索其它文件目录，直到找到为止。

　　格式2：#include<文件名>

　　按这种格式定义时，预处理程序只按系统规定的标准方式检索文件目录。

对自己定义的非标准文件使用格式1，而对系统提供的标准文件常使用格式2。

解决多重包含可以使用条件编译，如果所有头文件都像下面这样编写：

#ifndef _HEADERNAME_H
#define _HEADERNAME_H 1
/*
** All the stuff that you want in the header file
*/
#endif

那么多重包含的危险就被消除了。当头文件第一次被包含时，它被正常处理，符号_HEADERNAME_H 被定义为1。如果头文件被再次包含，通过条件编译，它的所有内容被忽略。

9.3 条件编译

　　条件编译是在编译文件之前，根据给定的条件决定编译的范围。满足一定条件时，编译其中的一部分语句，在不满足条件时编译另一部分语句，这就是所谓的 “条件编译”。

9.3.1 #if…#else…#endif指令

　　#if 表达式

　　　　程序段 1

　　#else

　　　　程序段 2

　　#endif

　　它的功能是当指定的表达式值为真时，编译程序段1，否则编译程序段2，其中的程序段可以是C语言中合法的语句或命令行。#else部分可以省略，但#if与#endif一定要配对使用。

9.3.2 #ifdef…#else…#endif指令

　　#ifdef 标识符

　　　　程序段1

　　#else

　　　　程序段2

　　#endif

　　其作用为：若标识符已被定义（一般指用#define 定义）则编译程序段1，否则编译程序段2。

9.3.3 #ifndef…#else…#endif指令

　　#ifndef 标识符

　　　　程序段1

　　#else

　　　　程序段2

　　#endif

　　其作用为：若标识符未被定义，则编译程序段1，否则编译程序段2，与前一种命令形式恰好相反。

　　C语言规定，条件编译中#if后面的条件必须是常量表达式，即表达式中参与运算的量必须是常量，在大多数情况下使用由#define定义的符号常量。

9.3.4 条件编译的作用

　　1.便于程序的调试

　　2.增强程序的可移植性

　　3.提高程序的效率

9.5 位运算

　　所谓位运算是指，按二进制位进行的运算。

9.5.1 按位运算符

　　1.按位与 --- &

　　　　参与运算的两个数据，按二进制位进行“与”运算。如果两个相应的二进制位都为1，则该位的结果值为1，否则为0。

　　2.按位或 --- |

　　　　两个对应的二进制位中要有一个为1，该位的结果值为1。对应位均为0时才为0，否则为1。

　　3.按位异或 --- ^

　　　　两个对应的二进制位相同时，则结果为0（假），不同时为1（真）。

异或的意思是判断两个对应的位值是否为“异”，为“异”（值不同）就取真（1），否则为假（0）

 交换两个值不用临时变量：

　　　　a = a ^ b;

　　　　b = b ^ a;

　　　　a = a ^ b;   不会越界

　　4.按位取反 --- ~

　　~是一个单目运算符，用来对一个二进制位各位翻转。即按位取反，原来为1的位变变成0，原来为0的位变成1。

9.5.2 移位运算符

　　1.按位左移 --- <<

　　用来将一个数的各二进制位全部左移若干位，低位补0，高位左移后溢出，舍弃不起作用。左移，右边都是填充0。左移一位相当于该数乘以2。但此结论只适用于该数左移时被溢出舍弃的高位中不包含1的情况。

　　2.按位右移 --- >>

　　右移，如果是无符号数据，左边高位填充0。如果有符号数据，正数，按照符号位0左边高位填充0.负数按照符号位1左边高位填充1。

右移一位相当于该数除以2，右移n位相当于除以2n。

从键盘上输入1个正整数赋值给int变量num，按二进制位输出该数。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
void main()
{
    int num, mask, i;
    scanf("%d", &num);
    mask = 1 << 15; //构造一个最高位为1，其余各位为0的屏蔽字
    for (i = 1; i <= 16; i++)
    {
        putchar(num&mask ? '1' : '0');   //输出最高位的值1或0
        num <<= 1;                        //将次高位移到最高位
        if (i % 4 == 0) putchar(' ');  //四位一组用空格分开
    }
    system("pause");
}
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