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第 17 章

  用 extern 声明外部变量

  外部变量(即全局变量)是在函数的外部定义的,它的作用域为从变量定义处开始,到

  本程序文件的末尾。如果外部变量不在文件的开头定义,其有效的作用范围只限于定义处到

  文件终了。如果在定义点之前的函数想引用该外部变量,则应该在引用之前用关键字 extern

  对该变量作“外部变量声明”。表示该变量是一个已经定义的外部变量。有了此声明,就可

  以从“声明”处起,合法地使用该外部变量。

  【例 8.18】用 extern 声明外部变量,扩展程序文件中的作用域。

  int max(int x,int y)

  {int z;

  z=x>y?x:y;

  return(z);

  }

  main()

  {extern A,B;

  printf("%d\n",max(A,B));

  }

  int A=13,B=-8;

  谭浩强   C 语言程序设计        2001 年 5 月 1 日

  说明:在本程序文件的最后 1 行定义了外部变量 A,B,但由于外部变量定义的位置在函数

  main 之后,因此本来在 main 函数中不能引用外部变量 A,B。现在我们在 main 函数中用

  extern 对 A 和 B 进行“外部变量声明”,就可以从“声明”处起,合法地使用该外部变量 A

  和 B。

  9.1 概述

  9 预处理命令

  在前面各章中,已多次使用过以“#”号开头的预处理命令。如包含命令#include,宏定

  义命令#define 等。在源程序中这些命令都放在函数之外,而且一般都放在源文件的前面,

  它们称为预处理部分。

  所谓预处理是指在进行编译的第一遍扫描(词法扫描和语法分析)之前所作的工作。预处

  理是C语言的一个重要功能,它由预处理程序负责完成。当对一个源文件进行编译时,系统

  将自动引用预处理程序对源程序中的预处理部分作处理,处理完毕自动进入对源程序的编译。

  C语言提供了多种预处理功能,如宏定义、文件包含、条件编译等。合理地使用预处理

  功能编写的程序便于阅读、修改、移植和调试,也有利于模块化程序设计。本章介绍常用的

  几种预处理功能。

  9.2 宏定义

  在C语言源程序中允许用一个标识符来表示一个字符串,称为“宏”。被定义为“宏”的标

  识符称为“宏名”。在编译预处理时,对程序中所有出现的“宏名”,都用宏定义中的字符串去

  代换,这称为“宏代换”或“宏展开”。

  宏定义是由源程序中的宏定义命令完成的。宏代换是由预处理程序自动完成的。

  在C语言中,“宏”分为有参数和无参数两种。下面分别讨论这两种“宏”的定义和调用。

  9.2.1 无参宏定义

  无参宏的宏名后不带参数。

  其定义的一般形式为:

  #define 标识符 字符串

  其中的“#”表示这是一条预处理命令。凡是以“#”开头的均为预处理命令。“define”为

  宏定义命令。“标识符”为所定义的宏名。“字符串”可以是常数、表达式、格式串等。

  在前面介绍过的符号常量的定义就是一种无参宏定义。此外,常对程序中反复使用的表

  达式进行宏定义。

  例如:

  #define M (y*y+3*y)

  它的作用是指定标识符 M 来代替表达式(y*y+3*y)。在编写源程序时,所有的(y*y+3*y)

  都可由 M 代替,而对源程序作编译时,将先由预处理程序进行宏代换,即用(y*y+3*y)表达式

  去置换所有的宏名 M,然后再进行编译。

  【例 9.1】

  #define M (y*y+3*y)

  main(){

  int s,y;

  printf("input a number: ");

  scanf("%d",&y);

  s=3*M+4*M+5*M;

  printf("s=%d\n",s);

  }

  上例程序中首先进行宏定义,定义 M 来替代表达式(y*y+3*y),在 s=3*M+4*M+5* M 中作了

  宏调用。在预处理时经宏展开后该语句变为:

  s=3*(y*y+3*y)+4*(y*y+3*y)+5*(y*y+3*y);

  但要注意的是,在宏定义中表达式(y*y+3*y)两边的括号不能少。否则会发生错误。如当作以

  下定义后:

  #difine M y*y+3*y

  在宏展开时将得到下述语句:

  s=3*y*y+3*y+4*y*y+3*y+5*y*y+3*y;

  这相当于:

  3y2+3y+4y2+3y+5y2+3y;

  显然与原题意要求不符。计算结果当然是错误的。因此在作宏定义时必须十分注意。应保证

  在宏代换之后不发生错误。

  对于宏定义还要说明以下几点:

  1) 宏定义是用宏名来表示一个字符串,在宏展开时又以该字符串取代宏名,这只是一

  种简单的代换,字符串中可以含任何字符,可以是常数,也可以是表达式,预处理

  程序对它不作任何检查。如有错误,只能在编译已被宏展开后的源程序时发现。

  2) 宏定义不是说明或语句,在行末不必加分号,如加上分号则连分号也一起置换。

  3) 宏定义必须写在函数之外,其作用域为宏定义命令起到源程序结束。如要终止其作

  用域可使用# undef 命令。

  例如:

  #define PI 3.14159

  main()

  {

  ……

  }

  #undef PI

  f1()

  {

  ……

  }

  表示 PI 只在 main 函数中有效,在 f1 中无效。

  4) 宏名在源程序中若用引号括起来,则预处理程序不对其作宏代换。

  【例 9.2】

  #define OK 100

  main()

  {

  printf("OK");

  printf("\n");

  }

  上例中定义宏名 OK 表示 100,但在 printf 语句中 OK 被引号括起来,因此不作宏代换。

  程序的运行结果为:OK 这表示把“OK”当字符串处理。

  5) 宏定义允许嵌套,在宏定义的字符串中可以使用已经定义的宏名。在宏展开时由预

  处理程序层层代换。

  例如:

  #define PI 3.1415926

  #define S PI*y*y     /* PI 是已定义的宏名*/

  对语句:

  printf("%f",S);

  在宏代换后变为:

  printf("%f",3.1415926*y*y);

  6) 习惯上宏名用大写字母表示,以便于与变量区别。但也允许用小写字母。

  7) 可用宏定义表示数据类型,使书写方便。

  例如:

  #define STU struct stu

  在程序中可用 STU 作变量说明:

  STU body[5],*p;

  #define INTEGER int

  在程序中即可用 INTEGER 作整型变量说明:

  INTEGER a,b;

  应注意用宏定义表示数据类型和用 typedef 定义数据说明符的区别。

  宏定义只是简单的字符串代换,是在预处理完成的,而 typedef 是在编译时处理的,它

  不是作简单的代换,而是对类型说明符重新命名。被命名的标识符具有类型定义说明的功能。

  请看下面的例子:

  #define PIN1 int *

  typedef (int *) PIN2;

  从形式上看这两者相似, 但在实际使用中却不相同。

  下面用 PIN1,PIN2 说明变量时就可以看出它们的区别:

  PIN1 a,b;在宏代换后变成:

  int *a,b;

  表示 a 是指向整型的指针变量,而 b 是整型变量。

  然而:

  PIN2 a,b;

  表示 a,b 都是指向整型的指针变量。因为 PIN2 是一个类型说明符。由这个例子可见,宏定义

  虽然也可表示数据类型, 但毕竟是作字符代换。在使用时要分外小心,以避出错。

  8) 对“输出格式”作宏定义,可以减少书写麻烦。

  【例 9.3】中就采用了这种方法。

  #define P printf

  #define D "%d\n"

  #define F "%f\n"

  main(){

  int a=5, c=8, e=11;

  float b=3.8, d=9.7, f=21.08;

  P(D F,a,b);

  P(D F,c,d);

  P(D F,e,f);

  }

  9.2.2 带参宏定义

  C语言允许宏带有参数。在宏定义中的参数称为形式参数,在宏调用中的参数称为实际

  参数。

  对带参数的宏,在调用中,不仅要宏展开,而且要用实参去代换形参。

  带参宏定义的一般形式为:

  #define 宏名(形参表) 字符串

  在字符串中含有各个形参。

  带参宏调用的一般形式为:

  宏名(实参表);

  例如:

  #define M(y) y*y+3*y   /*宏定义*/

  ……

  k=M(5);          /*宏调用*/

  ……

  在宏调用时,用实参 5 去代替形参 y,经预处理宏展开后的语句为:

  k=5*5+3*5

  【例 9.4】

  #define MAX(a,b) (a>b)?a:b

  main(){

  int x,y,max;

  printf("input two numbers:  ");

  scanf("%d%d",&x,&y);

  max=MAX(x,y);

  printf("max=%d\n",max);

  }

  上例程序的第一行进行带参宏定义,用宏名 MAX 表示条件表达式(a>b)?a:b,形参 a,b

  均出现在条件表达式中。程序第七行 max=MAX(x,y)为宏调用,实参 x,y,将代换形参 a,b。

  宏展开后该语句为:

  max=(x>y)?x:y;

  用于计算 x,y 中的大数。

  对于带参的宏定义有以下问题需要说明:

  1. 带参宏定义中,宏名和形参表之间不能有空格出现。

  例如把:

  #define MAX(a,b) (a>b)?a:b

  写为:

  #define MAX (a,b) (a>b)?a:b

  将被认为是无参宏定义,宏名 MAX 代表字符串 (a,b) (a>b)?a:b。宏展开时,宏调用语

  句:

  max=MAX(x,y);

  将变为:

  max=(a,b)(a>b)?a:b(x,y);

  这显然是错误的。

  2. 在带参宏定义中,形式参数不分配内存单元,因此不必作类型定义。而宏调用中的实参有

  具体的值。要用它们去代换形参,因此必须作类型说明。这是与函数中的情况不同的。在函

  数中,形参和实参是两个不同的量,各有自己的作用域,调用时要把实参值赋予形参,进行

  “值传递”。而在带参宏中,只是符号代换,不存在值传递的问题。

  3. 在宏定义中的形参是标识符,而宏调用中的实参可以是表达式。

  【例 9.5】

  #define SQ(y) (y)*(y)

  main(){

  int a,sq;

  printf("input a number:  ");

  scanf("%d",&a);

  sq=SQ(a+1);

  printf("sq=%d\n",sq);

  }

  上例中第一行为宏定义,形参为 y。程序第七行宏调用中实参为 a+1,是一个表达式,在

  宏展开时,用 a+1 代换 y,再用(y)*(y) 代换 SQ,得到如下语句:

  sq=(a+1)*(a+1);

  这与函数的调用是不同的,函数调用时要把实参表达式的值求出来再赋予形参。而宏代

  换中对实参表达式不作计算直接地照原样代换。

  4. 在宏定义中,字符串内的形参通常要用括号括起来以避免出错。在上例中的宏定义中

  (y)*(y)表达式的 y 都用括号括起来,因此结果是正确的。如果去掉括号,把程序改为以下形

  式:

  【例 9.6】

  #define SQ(y) y*y

  main(){

  int a,sq;

  printf("input a number:  ");

  scanf("%d",&a);

  sq=SQ(a+1);

  printf("sq=%d\n",sq);

  }

  运行结果为:

  input a number:3

  sq=7

  同样输入 3,但结果却是不一样的。问题在哪里呢? 这是由于代换只作符号代换而不作

  其它处理而造成的。宏代换后将得到以下语句:

  sq=a+1*a+1;

  由于 a 为 3 故 sq 的值为 7。这显然与题意相违,因此参数两边的括号是不能少的。即使

  在参数两边加括号还是不够的,请看下面程序:

  【例 9.7】

  #define SQ(y) (y)*(y)

  main(){

  int a,sq;

  printf("input a number:  ");

  scanf("%d",&a);

  sq=160/SQ(a+1);

  printf("sq=%d\n",sq);

  }

  本程序与前例相比,只把宏调用语句改为:

  sq=160/SQ(a+1);

  运行本程序如输入值仍为 3 时,希望结果为 10。但实际运行的结果如下:

  input a number:3

  sq=160

  为什么会得这样的结果呢?分析宏调用语句,在宏代换之后变为:

  sq=160/(a+1)*(a+1);

  a 为 3 时,由于“/”和“*”运算符优先级和结合xìng相同,则先作 160/(3+1)得 40,再作 40*(3+1)

  最后得 160。为了得到正确答案应在宏定义中的整个字符串外加括号,程序修改如下:

  【例 9.8】

  #define SQ(y) ((y)*(y))

  main(){

  int a,sq;

  printf("input a number:  ");

  scanf("%d",&a);

  sq=160/SQ(a+1);

  printf("sq=%d\n",sq);

  }

  以上讨论说明,对于宏定义不仅应在参数两侧加括号,也应在整个字符串外加括号。

  5. 带参的宏和带参函数很相似,但有本质上的不同,除上面已谈到的各点外,把同一

  表达式用函数处理与用宏处理两者的结果有可能是不同的。

  【例 9.9】

  main(){

  int i=1;

  while(i<=5)

  printf("%d\n",SQ(i++));

  }

  SQ(int y)

  {

  return((y)*(y));

  }

  【例 9.10】

  #define SQ(y) ((y)*(y))

  main(){

  int i=1;

  while(i<=5)

  printf("%d\n",SQ(i++));

  }

  在例 9.9 中函数名为 SQ,形参为 Y,函数体表达式为((y)*(y))。在例 9.10 中宏名为 SQ,

  形参也为 y,字符串表达式为(y)*(y))。 例 9.9 的函数调用为 SQ(i++),例 9.10 的宏调用为

  SQ(i++),实参也是相同的。从输出结果来看,却大不相同。

  分析如下:在例 9.9 中,函数调用是把实参 i 值传给形参 y 后自增 1。 然后输出函数值。

  因而要循环 5 次。输出 1~5 的平方值。而在例 9.10 中宏调用时,只作代换。SQ(i++)被代换

  为((i++)*(i++))。在第一次循环时,由于 i 等于 1,其计算过程为:表达式中前一个 i 初值

  为 1,然后 i 自增 1 变为 2,因此表达式中第 2 个 i 初值为 2,两相乘的结果也为 2,然后 i

  值再自增 1,得 3。在第二次循环时,i 值已有初值为 3,因此表达式中前一个 i 为 3,后一

  个 i 为 4,乘积为 12,然后

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