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预处理指令
预处理指令简介
- C语言在对源程序进行编译之前,会先对一些特殊的预处理指令作解释(比如之前使用的#include文件包含指令),产生一个新的源程序(这个过程称为编译预处理),之后再进行通常的编译。
- 为了区分预处理指令和一般的C语句,所有预处理指令都以符号”#”开头,并且结尾不用分号。
- 预处理指令可以出现在程序的任何位置,它的作用范围是从它出现的位置到文件尾。习惯上我们尽可能将预处理指令写在源程序开头,这种情况下,它的作用范围就是整个源程序文件。
- C语言提供的预处理指令主要有:宏定义、文件包含、条件编译。
不带参数的宏定义
#define 宏名 字符串
//NUM代表宏名//6是用来替换宏名的字符串#define NUM 6int main(){ int arr[NUM] = { 1,2,3,4,5,6}; for(int i = 0; i < NUM; i++) { printf("arr[%d] = %d", i, arr[i]); } return 0;} 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
它的作用是在编译预处理时,将源程序中所有”宏名”替换成右边的”字符串”,常用来定义常量。
带参数的宏定义
#define 宏名(参数列表) 字符串
#define sum(a, b) ((a)+(b))int main(){ int a = sum(10, 20); printf("%d", a); return 0;} 1 2 3 4 5 6 7 8
使用注意:
1. 宏名一般用大写字母,以便与变量名区别开来,但用小写也没有语法错误。2. 对程序中用双引号扩起来的字符串内的字符,不进行宏的替换操作。3. 在编译预处理用字符串替换宏名时,不作语法检查,只是简单的字符串替换。只有在编译的时候才对已经展开宏名的源程序进行语法检查。4. 宏名的有效范围是从定义位置到文件结束。如果需要终止宏定义的作用域,可以用 #undef 命令。5. 定义一个宏时可以引用已经定义的宏名。 1 2 3 4 5 6
注意:宏定义纯粹是字符串替换,不会做计算!
带参数宏定义与函数的区别
- 宏定义不涉及存储空间的分配、参数类型匹配、参数传递、返回值问题。
- 函数调用在程序运行时执行,而宏替换只在编译预处理阶段进行。所以带参数的宏比函数具有更高的执行效率。
条件编译
在很多情况下,我们希望程序的其中一部分代码只有在满足一定条件时才进行编译,否则不参与编译(只有参与编译的代码最终才能被执行),这就是条件编译。
语法
#if 条件1...code1...#elif 条件2...code2...#else 条件3...code3...#endif 1 2 3 4 5 6 7
- 如果条件1成立,那么编译器就会把#if 与 #elif之间的code1代码编译进去。
- 如果条件1不成立、条件2成立,那么编译器就会把#elif 与 #else之间的code2代码编译进去。
- 如果条件1、2都不成立,那么编译器就会把#else 与 #endif之间的code3编译进去。
- 注意,条件编译结束后,要在最后面加一个#endif。
- #if 和 #elif后面的条件一般是判断宏定义而不是判断变量,因为条件编译是在编译之前做的判断,宏定义也是编译之前定义的,而变量是在运行时才产生的、才有使用的意义。
文件包含
#include,它可以将一个文件的全部内容拷贝另一个文件中。
1. #include <文件名>:直接到C语言库函数头文件所在的目录中寻找文件。
2. #include “文件名”:系统会先在源程序当前目录下寻找,若找不到,再到操作系统的path路径中查找,最后才到C语言库函数头文件所在目录中查找。
使用注意
1. #include指令允许嵌套包含,比如a.h包含b.h,b.h包含c.h,但是不允许递归包含,比如 a.h 包含 b.h,b.h 包含 a.h。2. 使用#include指令可能导致多次包含同一个头文件,降低编译效率。使用条件编译来避免重复包含。 1 2 3
变量类型
变量的作用域
局部变量:在函数内部定义的变量,称为局部变量。形参也是局部变量。只在定义它的函数内部有效。
全局变量:在函数外部定义的变量,称为全局变量。作用范围是从定义代码的位置开始到源程序结束。
变量的存储类型
就是指变量存储在什么地方(普通内存、运行时堆栈、硬件寄存器)。
变量的存储类型决定了变量何时创建、何时销毁以及的它的值能保存多久,也就是决定了变量的生命周期。
根据的变量存储类型的不同可以把变量分为:自动变量、静态变量、寄存器变量。
自动变量
- 自动变了是存储在堆栈中的。
- 所有的局部变量在默认情况下都是自动变量。
- 生命周期:在程序执行到声明自动变量的代码块(函数)时,自动变量才被创建;当自动变量所在的代码块(函数)执行完毕后,这些自动变量就会自行销毁。如果一个函数被重复调用,这些自动变量每次都会重新创建。
静态变量
- 静态变量是存储在静态内存中的,也就是不属于堆栈。
- 所有的全局变量都是静态变量;被关键字static修饰的局部变量也是静态变量。
- 生命周期:静态变量在程序运行之前创建,在程序的整个运行期间始终存在,直到程序结束。
寄存器变量
- 存储在硬件寄存器中的变量,称为寄存器变量。寄存器变量比存储在内存中的变量访问效率更高(默认情况下,自动变量和静态变量都是放在内存中的)。
- 被关键字register修饰的自动变量都是寄存器变量;只有自动变量才可以是寄存器变量,全局变量和静态局部变量不行;寄存器变量只限于int、char和指针类型变量使用
-
生命周期:因为寄存器变量本身就是自动变量,所以函数中的寄存器变量在调用该函数时占用寄存器中存放的值,当函数结束时释放寄存器,变量消失。
注意: 1. 由于计算机中寄存器数目有限,不能使用太多的寄存器变量。如果寄存器使用饱和时,程序将寄存器变量自动转换为自动变量处理。 2. 为了提高运算速度,一般会将一些频繁使用的自动变量定义为寄存器变量,这样程序尽可能地为它分配寄存器存放,而不用内存。 1 2 3 4
static和extern
外部函数:如果在当前文件中定义的函数允许其他文件访问、调用,就称为外部函数。C语言规定,不允许有同名的外部函数。
内部函数:如果在当前文件中定义的函数不允许其他文件访问、调用,只能在内部使用,就称为内部函数。C语言规定不同的源文件可以有同名的内部函数,并且互不干扰。
extern与函数
//完整的声明一个外部函数需要extern关键字,表示引用一个外部函数//可以省略externextern void test();//完整的定义一个外部函数需要extern关键字//默认情况下就是外部函数,可以省略externextern void test(){ printf("Hello");} 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
static与函数
//提前声明一个内部函数static void test();//内部函数,需要用static关键字修饰,说明不能在其他文件中访问static void test(){ printf("Hello");} 1 2 3 4 5 6 7 8
小结
- 在定义函数时,在函数的最左边加上static可以把该函数声明为内部函数(又叫静态函数),这样该函数就只能在其定义所在的文件中使用。如果在不同的文件中有同名的内部函数,则互不干扰。
- static也可以用来声明一个内部函数
- 在定义函数时,如果在函数的最左边加上关键字extern,则表示此函数是外部函数,可供其他文件调用。C语言规定,如果在定义函数时省略extern,则为外部函数。
- 在一个文件中要调用其他文件中的外部函数,则需要在当前文件中用extern声明该外部函数,然后就可以使用,这里的extern也可以省略。
extern与变量
默认情况下,一个函数不可以访问在它后面定义的全局变量。
为了解决这个问题,有两种解决办法:
1. 将变量a定义在main函数的前面。
2. 用extern在main函数前面对变量a进行提前声明
//完整声明全局变量a,extern可以省略extern int a;int main(){ a = 10; return 0;}//定义变量aint a; 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
重复定义同一个全局变量时,它们代表的都是同一个变量。
int a;int a;int a;int main(){ a = 10; return 0;}int a; 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
可以将全局变量a声明为局部变量后再使用。
int a;int main(){ //代表从外部引用全局变量a,这里的a依然是全局变量,不是局部变量 extern int a; a = 10; return 0;}int a; 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
假如在另一个源文件中也有全局变量int a,那么这两个源文件的所有全局变量int a,都代表着同一个变量。
static与变量
用static修饰的全局变量,可以称为内部变量。
小结
1. extern可以用来声明一个全局变量,但是不能用来定义变量。2. 默认情况下,一个全局变量是可以供多个源文件共享的,也就说,多个源文件中同名的全局变量都代表着同一个变量。3. 如果在定义全局变量的时候加上static关键字,此时static的作用在于限制该全局变量的作用域,只能在定义该全局变量的文件中才能使用,跟其他源文件中的同名变量互不干扰。 1 2 3 4
结构体
//定义一个名为student的结构体struct Student{ char* name; int age;};int main(){ //定义了一个结构体变量stu1 struct Student stu1 = { "aaa",20}; //"."称为成员运算符,它在所有运算符中优先级最高 //访问stu1的age成员 stu1.age = "bbb"; //将stu1直接赋值给stu2 struct Student stu2 = stu1; return 0;} 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
- 结构体内部的元素,也就是组成成分,一般称为“成员”。
- 结构体变量占用的内存空间是其成员所占内存之和,而且各成员在内存中按定义的顺序依次排列。
- 访问结构体成员的一般形式为: 结构体变量名.成员名
- 结构体内可以包含结构体,但不允许递归包含。
- 如果某个成员也是结构体变量,可以连续使用成员运算符“.”访问最低一级成员。
相同类型的结构体变量之间可以进行整体赋值。 - 将结构体变量作为函数参数进行传递时,其实传递的是全部成员的值,也就是将实参中成员的值一一赋值给对应的形参成员。因此,形参的改变不会影响到实参。
指向结构体的指针
//定义一个名为student的结构体struct Student{ char* name; int age;};int main(){ //定义了一个结构体变量stu1 struct Student stu1 = { "aaa",20}; // 定义一个指向结构体的指针变量 struct Student *p; // 指向结构体变量stu1 p = &stu1; //访问结构体的成员 // 方式一:结构体变量名.成员名 printf("name=%s, age = %d \n", stu1.name, stu1.age); // 方式2:(*指针变量名).成员名 printf("name=%s, age = %d \n", (*p).name, (*p).age); // 方式3:指针变量名->成员名 printf("name=%s, age = %d \n", p->name, p->age); return 0;} 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
枚举
枚举是C语言中的一种基本数据类型,并不是构造类型,它可以用于声明一组常数。当一个变量有几个固定的可能取值时,可以将这个变量定义为枚举类型。比如,你可以用一个枚举类型的变量来表示季节,因为季节只有4种可能的取值:春天、夏天、秋天、冬天。
//声明了Season这种枚举类型,它有四个取值{spring, summer, autumn, winter};enum Season {spring, summer, autumn, winter}; //定义了Season枚举变量senum Season s = spring;s = 2; //等价于 s = autumn; 1 2 3 4 5 6
- C语言编译器会将枚举元素(spring、summer等)作为整型常量处理,称为枚举常量。
- 枚举元素的值取决于定义时各枚举元素排列的先后顺序。默认情况下,第一个枚举元素的值为0,第二个为1,依次顺序加1。
- 可以给枚举变量赋枚举常量或者整型值。
- 可以在定义枚举类型时改变枚举元素的值。没有指定值的枚举元素,其值为前一元素加1。
enum Season {spring = 1, summer, autumn, winter}; 1
typedef
可以使用typedef关键字为各种数据类型定义一个新名字(别名)。
typedef int Integer;typedef float Float;int main(){ Integer a = 10; Float f = 2.2f; return 0;} 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
- 给类型起别名后,原来的类型名还是可以正常使用的。
- 可以在别名的基础上再起一个别名。
typedef也可以给指针起别名
typedef char *String;int main(){ //相当于char *str = "This is a string!"; String str = "This is a string!"; return 0;} 1 2 3 4 5 6 7 8 9
使用typedef给结构体起别名
//定义一个结构体并起别名typedef struct MyStudent{ char* name; int age;}Student;int main(){ //相当于struct MyStudent stu; Student stu; return 0;} 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
typedef与指向结构体的指针
//定义一个结构体并起别名typedef struct MyStudent{ char* name; int age;}Student;typedef Student *SP;int main(){ //相当于struct MyStudent stu; Student stu = { "aaa", 20}; // 定义指针变量 SP sp = &stu; //利用指针变量访问结构体成员 printf("name=%s,age=%d", sp->name, sp->age); return 0;} 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
typedef与枚举类型
//定义枚举类型,并且起别名typedef enum season{spring, summer, autumn, winter} Season; 1 2
typedef与指向函数的指针
int sum(int a, int b) { int c = a + b; printf("%d + %d = %d", a, b, c); return c;}typedef int (*MySum)(int, int);int main(){ //定义一个指向sum函数的指针变量p MySum p = sum; //利用指针变量p调用sum函数 (*p)(4, 5); return 0;}
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