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18. 宏与预处理 - <stddef.h> 和 <stdbool.h>

C语言的宏和预处理指令在程序编译之前就被执行，用于文件包含、符号定义、条件编译等操作。理解和运用宏和预处理可以提高代码的灵活性和可移植性。

18.1 宏定义与条件编译

18.1.1 #define 与参数化宏

#define 是用来定义宏的指令，宏可以是简单的常量值或复杂的参数化宏。

• 简单宏定义：

  #define PI 3.14159
  

  定义一个常量 PI，可以在程序中用 PI 替代 3.14159。

• 参数化宏：

  #define SQUARE(x) ((x) * (x))
  

  定义一个参数化宏 SQUARE，用于计算一个数的平方。

• 使用注意：

  • 参数化宏的参数要用括号括起，防止计算时出现优先级问题。
  • 宏替换是纯文本替换，因此存在潜在的错误风险。

18.1.2 条件编译：#ifdef, #ifndef, #if, #elif, #else, #endif

条件编译用于在编译过程中有选择地包括或排除代码段。

• 基本用法：

  #ifdef DEBUG
  #  define LOG(msg) printf("DEBUG: %s\n", msg)
  #else
  #  define LOG(msg)
  #endif
  

  该代码段定义了一个在调试模式下有效的日志宏。

• 使用场景：

  • 控制调试输出代码。
  • 根据平台或环境选用不同的代码路径。

18.2 预定义宏与文件包含

18.2.1 常见预定义宏：__FILE__, __LINE__, __DATE__, __TIME__

这些宏可以在程序中提供有用的调试信息。

• __FILE__：当前文件名。
• __LINE__：当前行号。
• __DATE__：编译日期。
• __TIME__：编译时间。

示例：

printf("Error in file %s at line %d\n", __FILE__, __LINE__);

18.2.2 文件包含：#include 与防止重复包含的 #pragma once 或 #ifndef 宏

• #include：用于包含头文件。
• 防止重复包含：
  • 使用 #pragma once
  • 或者

    #ifndef HEADER_FILE
    #define HEADER_FILE
    // 内容
    #endif
    

18.3 内联函数与宏

18.3.1 内联函数的优势与使用：inline

内联函数是在编译时请求编译器将函数代码直接嵌入调用点，避免了函数调用开销。

• 使用方法：

  inline int add(int a, int b) {return a + b;
  }
  

• 优势：

  • 类型检查：内联函数具有函数的类型安全性。
  • 调试性：相较于宏，内联函数更容易调试。

18.3.2 宏与内联函数的比较

• 宏：

  • 优势：在编译前替换，可以用于非常简单的代码优化。
  • 劣势：不进行类型检查，易导致隐秘的错误。

• 内联函数：

  • 优势：提供类型安全，支持复杂的逻辑。
  • 劣势：可能不如宏优化彻底，在某些编译器中可能不完全内联。

使用宏和内联函数时，需要权衡代码的清晰性、可维护性和性能之间的关系。