C++ 预处理器和宏

顾名思义，C++ 预处理器是在代码编译之前转换（预处理）我们的程序。

预处理器使用预处理器指令来控制代码转换。例如，

#include <iostream>

这里，#include 是一个预处理器指令，它在编译程序之前将 <iostream> 头文件的内容插入到我们的程序中。

预处理器指令

在 C++ 中，所有预处理器指令都以 # 符号开头。例如，#include、#define、#if 等。

C++ 预处理器的常见应用包括：

• #include - 用于包含头文件
• #define - 用于定义宏
• #if - 用于提供条件编译

现在，让我们详细了解这些预处理器指令。

#include 预处理器指令

#include 指令用于在我们的程序中包含头文件。例如，

#include <cmath>

这里，cmath 是一个头文件。#include 指令指示预处理器将上面的代码行替换为 cmath 头文件的内容。

这就是为什么我们需要使用 #include <cmath> 来使用 pow() 和 sqrt() 等函数的原因。

我们也可以创建自己的自定义头文件，并使用 #include 指令在程序中使用它们。例如，

#include "path_to_file/my_header.h"

这里，我们在程序中包含了名为 my_header.h 的自定义头文件。

通过这种方式，我们可以将一个大型程序分成多个文件。

#define 预处理器指令

#define 指令用于“定义”可以在程序中使用的预处理器变量。例如，

#define PI 3.1415   // value of pi

现在，当我们在程序中使用 PI 时，它会被替换为 3.1415。

这里，PI 被称为 **宏**。宏是已被命名的代码片段。

示例 1：C++ #define

#include <iostream>

// create a macro named PI
// with the value 3.1415
#define PI 3.1415

using namespace std;

int main() {

    double radius, area;
    
    cout << "Enter the radius: ";
    cin >> radius;

    // use PI to calculate area of a circle
    area = PI * radius * radius;
    cout << "Area = " << area;
    
    return 0;
}

输出

Enter the radius: 4
Area = 50.264

类函数宏

我们还可以使用 #define 来创建像函数一样的宏。例如，

#define circleArea(r) (3.1415 * r * r)

让我们看一个实际示例

#include <iostream>
#define PI 3.1415

// macro that calculates area of circle
// and takes parameter 'r'
#define circle_area(r) (PI * r * r)

using namespace std;

int main() {
    
    double radius = 2.5;

    // call the circle_area() macro
    // pass radius as an argument
    cout << "Area = " << circle_area(radius);
    
    return 0;
}

输出

Area = 19.6344

在这里，代码 circleArea(radius); 会展开为 3.1415 * 2.5 * 2.5。

注意： 使用函数比类函数宏更好，因为宏更容易出错。

#if 预处理器指令

#if 指令用于指示预处理器根据特定条件是否包含代码块。

在存在多个条件的情况下，它也可以与 #else 和 #elif 指令结合使用。

因此，#if、#else 和 #elif 指令与 C++ 中的 if...else 语句非常相似，但有一个主要区别。

if...else 语句在执行时进行测试，以检查是否应执行代码块。

另一方面，条件指令在编译之前由预处理器测试，以决定是否在程序中包含代码块。

这是一个简单的例子，

#include <iostream>  

// create NUMBER macro with a value of 3
#define NUMBER 3 

using namespace std;

int main() {
    
    // use #if directive to check
    // if NUMBER is greater than 0
    #if (NUMBER > 0) 
        cout << NUMBER << " is greater than 0.";
    #else
        cout << NUMBER << " is less than 0.";
    #endif
         
 
    return 0;    
}

输出

3 is greater than 0.

在这里，#endif 指令用于指示 #if 和 #else 指令的完成。

但是，在运行时决定执行哪部分代码时，if...else 语句比预处理器指令更受青睐。

尽管如此，在某些情况下 #if 指令更适用

• 根据操作系统使用不同的代码（平台特定代码）。
• 包含仅在调试版本中运行的调试代码（例如打印调试消息）。
• 根据特定条件打开或关闭功能。
• 包含特定于软件的特定版本或发行版的代码（版本特定代码）。

示例 2：平台特定 C++ 代码

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    
    // include if running on windows
    #ifdef _WIN32
        cout << "Hello from Windows!" << endl;
    
    // include if running on linux
    #elif __linux__
        cout << "Hello from Linux!" << endl;
    
    // include if running on some other system
    #else
        cout << "Hello from an unknown platform!" << endl;
    #endif

    return 0;
}

输出

Hello from Linux!

这是使用条件编译的平台特定代码示例。

这里，

• _WIN32 - Microsoft Visual C++ 编译器在 Windows 平台上定义的宏
• __linux__ - GNU C Compiler 在 Linux 系统上定义的宏
• #ifdef - #if 的一个变体，它检查宏是否已被定义

宏 _WIN32 和 __linux__ 用于确定程序运行的系统。

预定义宏

以下是一些 C++ 编程中常用的预定义宏。

注意： 由于这些是 **预定义** 宏，因此我们无需使用 #define 指令即可使用它们。

示例 3：预定义宏

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {

  // print the current time
  cout << "Current time: " << __TIME__;

  return 0;
}

输出

Current time: 04:23:31

此程序使用 __TIME__ 宏打印当前时间 (GMT)。