C语言：预处理
内容提要
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预处理
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库文件
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文件IO
预处理
预处理功能
条件编译
概念
定义：根据设定的条件选择待编译的语句代码。
预处理机制：将满足条件的语句进行保留，将不满足条件的语句进行删除，交个下一步编译。
语法：
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语法1：
根据是否找到标记，来决定是否参与编译（标记存在为真，不存在为假）
#ifdef 标记 // 标记 一般使用宏定义 ... 语句代码1 #else ... 语句代码2 #endif
举例：
#define DEBUG 1 #ifdef DEBUG printf(\"调试模式！\\n\"); // 保留 #else printf(\"产品模式！\\n\"); // 删除 #endif
说明：
printf(\"调试模式！\\n\");和printf(\"调试模式！\\n\");只能保留一个。undef取消已定义的宏（使其变为未定义状态）。#define DEBUG 1 // 定义宏 #undef DEBUG // 取消定义的宏 #ifdef DEBUG printf(\"调试模式！\\n\"); // 删除 #else printf(\"产品模式！\\n\"); // 保留 #endif
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语法2：
根据是否找到标记，来决定是否参与编译（标记不存在为真，存在为假）
#ifndef 标记 ... 语句代码1 #else ... 语句代码2 #endif
举例：
#define DEBUG 1 #ifndef DEBUG printf(\"调试模式！\\n\"); // 删除 #else printf(\"产品模式！\\n\"); // 保留 #endif
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语法3：
根据表达式的结果，来决定是否参与编译（表达式成立为真，不成立为假）
// 单分支 #if 表达式 ... 语句代码1 #endif // 双分支 #if 表达式 ... 语句代码1 #else ... 语句代码2 #endif // 多分支 #if 表达式1 ... 语句代码1 #elif 表达式n ... 语句代码n #else ... 语句代码n+1 #endif
案例
案例1
#include // 定义一个条件编译的标记 #define LETTER 1 // 默认是大写 int main(int argc, char *argv[]) { // 测试用的字母字符串 char str[26] = \"C Language\"; char c; int i = 0; // 遍历获取每一个字符 while ((c = str[i]) != \'\\0\') { #if LETTER if (c >= \'a\' && c = \'A\' && c <= \'Z\') { c += 32; // 小写 } #endif printf(\"%c\",c); i++; } printf(\"\\n\"); return 0; }
案例2
需求：跨平台适配代码
#ifdef _WIN32 // Windows系统宏（VC编译器定义） #include #else // Linux/Unix系统 #include #endif
#include // 定义一个条件编译的标记#define LETTER 1 // 默认是大写int main(int argc, char *argv[]){#ifdef _WIN32 // Windows系统宏（VC编译器定义） printf(\"当前是windows平台！\\n\");#else // Linux/Unix系统 printf(\"当前是Linux平台！\\n\");#endifreturn 0;}
文件包含
概念
所谓“文件包含”处理是指一个源文件可以将另一个源文件的全部内容包含进来。通常用于共享代码、声明或宏定义。一个常规的C语言程序会包含多个源文件（*.c），当某些公共资源需要在各个源文件中使用时，为了避免多次编写相同的代码，我们一般会进行代码的抽取（*.h），然后在各个源文件中直接包含即可。
注意：*.h中的函数声明必须要在*.c中有对应的函数定义，否则没有意义。（函数一旦声明，就一定要定义）
基本语法
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标准库包含（使用尖括号）（会到/usr/include目录下查找）
#include // 包含标准输入输出库 会到/usr/include目录下查找#include // 包含标准库函数
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自定义文件包含（使用双引号）（会先在当前目录下查找，找不到再到/usr/include目录下查找）
#include \"myheader.h\" // 包含当前目录下的自定义头文件#include \"utils/tool.h\" // 包含子目录下的头文件
预处理机制
将文件中的内容替换文件包含指令
使用场景
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头文件包含：通常将函数声明、宏定义、结构体定义等放在
.h头文件中，通过#include引入到需要使用的.c文件中。头文件中存放的内容，就是各个源文件的彼此可见的公共资源，包括：
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全局变量的声明
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普通函数的声明
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静态函数的声明（static修饰的函数，建议写在.c文件中）
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宏定义
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结构体、共用体、枚举常量列表的定义
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其他头文件包含
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代码复用：可以将一些通用代码片段（如工具函数）放在单独的文件中，通过包含实现复用。
示例代码：
myhead.h
extern int global; // 全局变量的声明 extern void func1(); // 普通函数的声明 static void func2() // 静态函数的声明，写在.h中，引用此文件的.c文件直接调用，写在.c文件，只能这个.c文件访问 { ... } #define max(a,b) ((a) > (b) ? (a) : (b)) // 宏定义 struct node // 结构体定义 { .. }; union attr // 共用体定义 { .. }; enum SEX // 枚举常量列表定义 { .. }; #include // 引入系统头文件 #include \"myhead2.h\" // 引入自定义头文件
注意事项
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避免循环包含（如
a.h包含b.h，同时b.h又包含a.h） -
为防止头文件被重复包含，通常会使用条件编译保护（推荐）：
// 在myheader.h中#ifndef MYHEADER_H // _MYHEADER_H, __MYHEADER_H#define MYHEADER_H... 头文件内容#endif
或者使用
#pragma once(非标准但被大多数编译器支持)：#pragma once... 头文件内容
多文件开发
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myheader.h
#ifndef MYHEADER_H#define MYHEADER_H#include /** * 求数组的元素累加和 */extern int sum(const int*, int);#endif
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myheader.c
#include \"myheader.h\"/** * 求数组的元素累加和 */int sum(const int* arr, int len){ const int *p = arr; int sum = 0; for (; p < arr + len; p++) { sum += *p; } return sum;} -
app.c
#include \"myheader.h\"int main(int argc, char **argv[]){ int arr[] = {11,22,33,44,55}; int res = sum(arr, sizeof(arr)/sizeof(arr[0])); printf(\"数组累加和的结果是%d\\n\", res); return 0;} -
多文件编译命令：
gcc app.c myhead.c -o app
其他指令(了解)
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#line用于修改当前的行号和文件名（主要用于编译器调试，很少手动使用）。#line 100 \"test.c\" // 后续代码从行号100开始，文件名标识为test.c printf(\"当前行号：%d\\n\", __LINE__); // 输出100
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#error在编译阶段当条件满足时抛出错误信息，并终止编译。#if VERSION < 1 #error \"VERSION必须大于等于1\" // 若VERSION<1，编译时会报错并提示此信息 #endif
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#pragma用于向编译器传递特定指令（不同编译器支持的#pragma功能不同），例如：-
#pragma once：确保头文件只被包含一次（类似#ifndef的效果）。简单但兼容性稍差 -
#pragma pack(n)：设置结构体成员的对齐方式为 n 字节。 -
#pragma warning(disable: 1234)：禁用特定警告编号的编译警告。
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库文件
什么是库文件
库文件本质上是经过编译后生成的可被计算机执行的二进制代码。但注意库文件不能独立运行，库文件需要加载到内存中才能执行。库文件大量存在于Windows，Linux，MacOS等软件平台上。
库文件的分类
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静态库
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windows：xxx.lib
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linux：libxxxx.a
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动态库（共享库）
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windows：xxx.dll
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linux：libxxxx.so.major.minor (libmy.so.1.1)
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注意：不同的软件平台因编译器、链接器不同，所生成的库文件是不兼容的。
静态库与动态库的区别
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静态库链接时，将库中所有内容包含到最终的可执行程序中(程序和库合一)。
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动态库链接时，将库中的符号信息包含到最终可执行文件中，在程序运行时，才将动态库中符号的具体实现加载到内存中（程序和库分离）。
静态库与动态库的优缺点
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静态库
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优点：生成的可执行程序不再依赖静态文件
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缺点：可执行程序体积较大
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动态库
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优点：生成的可执行程序体积小；动态库可被多个应用程序共享
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缺点：可执行程序运行依然依赖动态库文件
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静态库与动态库对比
库文件创建
Linux系统下库文件的命名规范：libxxx.a(静态库) libxxxx.so(动态库)
静态库文件的生成
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将需要生成库文件对应的源文件（
*.c）通过编译（不链接）生成*.o目标文件 -
用
ar命令将生成的*.o打包生成libxxx.a
库的生成
库的使用
动态库文件的生成
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将需要生成库文件对应的源文件（
*.c）通过编译（不链接）生成*.o目标文件 -
将目标文件链接为
*.so文件
库的生成
库的使用
注意：如果在代码编译过程或者运行中链接了库文件，系统会到/lib和/usr/lib目录下查找库文件，所以建议直接将库文件放在/lib或者/usr/lib，否则系统可能无法找到库文件，造成编译或者运行错误。
扩展内容
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查看应用程序（例如：app）依赖的动态库：
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动态库使用方式：
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编译时链接动态库，运行时系统自动加载动态库
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程序运行时，手动加载动态库
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实现：
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涉及内容
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头文件：
#include -
接口函数：
dlopen、dlclose、dlsym -
依赖库：
-ldl -
句柄handler：资源的标识
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示例代码：
#include #include int main(int argc,char *argv[]){ // 1. 加载动态库 \"/lib/libdlfun.so\" // - RTLD_LAZY: 延迟绑定（使用时才解析符号，提高加载速度） // - 返回 handler 是动态库的句柄，失败时返回 NULL void* handler = dlopen(\"/lib/libdlfun.so\", RTLD_LAZY); if (handler == NULL) { // 打印错误信息（dlerror() 返回最后一次 dl 相关错误的字符串） fprintf(stderr, \"dlopen 失败: %s\\n\", dlerror()); return -1; } // 2. 从动态库中查找符号 \"sum\"（函数名） // - dlsym 返回 void*，需强制转换为函数指针类型 int sum(int *arr, int size); // - 这里假设 \"sum\" 是一个接受两个int*,int参数、返回 int 的函数 int (*paddr)(int*, int) = (int (*)(int*, int))dlsym(handler, \"sum\"); if (paddr == NULL) { fprintf(stderr, \"dlsym 失败: %s\\n\", dlerror()); dlclose(handler); // 关闭动态库（释放资源） return -1; } // 3. 调用动态库中的函数 \"sum\"，计算{11,12,13,14,15}的累加和 int arr[5] = {11,12,13,14,15}; printf(\"sum=%d\\n\", paddr(arr, sizeof(arr)/sizeof(arr[0]))); // 4. 关闭动态库（释放内存和资源） dlclose(handler); return 0;} -
编译命令
gcc demo06.c -ldl
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标准I/O
文件基础概念
文件定义
存储在外存储器（磁盘、U盘、移动硬盘等）上的数据集合，是操作系统管理数据的基本单位。
文件操作核心
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文件内容的读取（输入操作 Input）
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文件内容的写入（输出操作 Output）
文件缓冲机制
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系统为文件在内存中创建缓冲区（通常4KB大小）
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程序操作实际上是在缓冲区进行
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数据像水流一样流动，称为“文件流”
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缓冲机制减少了直接访问外存的次数，提高效率
文件分类
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文本文件（ASCII文件）
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以ASCII码形式存储
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可直接用文本编辑器查看
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示例：.txt、.c、.h文件
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二进制文件
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以二进制形式存储
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需要特定程序才能解析
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示例：.exe、.jpg、.dat文件
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文件标识
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文件系统中：路径 + 文件名
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Windows示例：
D:\\edu\\test.txt -
Linux示例：
/home/user/data.bin
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C程序中：文件指针（FILE *类型）
FILE *fp; // 声明文件指针
文件操作的基本步骤
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打开文件：建立程序与文件的连接
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文件处理/读写文件：读写操作
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关闭文件：释放资源
文件打开与关闭
fopen()
说明：打开文件
函数原型：
#include FILE *fopen(const char *path, const char *mode);
参数详解：
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path：文件路径（绝对路径或相对路径） -
mode：打开模式-
基本模式（ASCII模式）：
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r以只读方式打开文件，文件指针指向文件起始位置。
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r+以读写方式打开文件，文件指针指向文件起始位置。 -
w以写的方式打开文件，如果文件存在则清空，不存在就创建，文件指针指向文件起始位置。 -
w+以读写方式打开文件，如果文件不存在则创建，否则清空，文件指针指向文件起始位置。 -
a以追加方式打开文件，如果文件不存在则创建，文件指针指向文件末尾位置。 -
a+以读和追加方式打开文件，如果文件不存在则创建，如果读文件则文件指针指向文件起始位置，如果追加(写)则文件指针指向文件末尾位置。
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二进制模式：
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rb、wb、ab等，其实就是基本模式的前提下，加b
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特殊模式：
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x：独占模式（与w组合，文件必须不存在）
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返回值：
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成功：返回文件指针（指向FILE结构体）
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失败：返回NULL（需要检查errno）
错误处理示例：
FILE *fp = fopen(\"data.txt\",\"r\");if(fp == NULL){ perror(\"文件打开失败！\"); // 退出进程 exit(EXIT_FAILURE); // exit(1) 程序失败退出}
fclose()
说明：关闭文件
函数原型：
#include int fclose(FILE *fp);
参数
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fp（文件指针）：指向要关闭的FILE对象的指针，通常由fopen()或类似函数返回。
返回值
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成功：返回
0（即EXIT_SUCCESS）。 -
失败：返回
EOF（通常是-1），并设置errno指示错误原因（如磁盘已满、文件被占用等）。
注意事项：
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必须关闭所有打开的文件
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程序退出时未关闭的文件可能丢失数据
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多次关闭同一文件指针会导致未定义行为
完整示例：
#include #include int main(int argc, char **argv){ // 打开文件 FILE *fp = fopen(\"texst.txt\",\"w\"); if (!fp) { perror(\"打开文件失败！\"); return -1; // exit(1); } // 读写文件 // 关闭文件 if(fclose(fp) != 0) { perror(\"关闭文件失败！\"); return -1; } return 0;}
文件顺序读写
单字符读写
fgetc()
说明：单字符的读取
函数原型：
int fgetc(FILE *fp);
参数说明：
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fp：待操作的文件指针
返回值：
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成功：返回字符的ASCII码
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失败：或者文件末尾返回EOF（-1）
fputc()
说明：单字符的写出
函数原型：
int fputc(int c, FILE *fp);
参数说明：
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c：待写出的字符的ASCII码 -
fp：待操作的文件指针
返回值：
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成功：返回写入的字符的ASCII码
-
失败：返回EOF（-1）
案例：文件拷贝（字符版）
#include int main(int argc,char *argv[]){ if (argc != 3) { printf(\"用法：%s 源文件 目标文件\\n\", argv[0]); return -1; } // 打开代操做的文件 FILE *src = fopen(argv[1],\"r\"); FILE *dest = fopen(argv[2],\"w\"); // 非空校验 if (!src || !dest) { perror(\"文件打开失败！\"); return -1; } // 读写文件 int ch; while((ch = fgetc(src)) != EOF) // 循环读取 EOF:-1 返回-1，表示读取结束 { // 循环的写入 fputc(ch, dest); } // 给文件末尾添加换行 fputc(\'\\n\', dest); // 关闭文件 fclose(src); fclose(dest); return 0;}
行读写（多字符读写）
fgets()
说明：读取字符串（字符数组）
函数原型：
#include char* fgets(char *buf, int size, FILE *fp);
功能描述：
从指定的文件流（fp）中读取一行字符串（以 \\n 结尾），并将其存储到缓冲区 buf 中。
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读取的字符数最多为
size - 1（保留一个位置给\\0）。 -
如果遇到 换行符
\\n或 文件结束符EOF，则停止读取。 -
读取的字符串末尾会自动添加
\\0（空字符），使其成为合法的 C 字符串。
参数：
-
buf（缓冲区）：用于存储读取数据的字符数组（必须足够大）。 -
size（最大读取长度）：最多读取size - 1个字符（防止缓冲区溢出）。 -
fp（文件指针）：要读取的文件流（如stdin、fopen()返回的指针等）。
返回值
-
成功：返回
buf的指针（即读取的字符串）。 -
失败或到达文件末尾（EOF）：返回
NULL。
fputs()
说明：写入字符串
函数原型：
int fputs(const char *str, FILE *fp);
功能描述：
将字符串 str 写入到指定的文件流 fp 中。
-
不自动添加换行符：与
puts()不同，fputs不会在末尾自动添加\\n。 -
遇到
\\0停止：写入过程遇到字符串结束符\\0时终止（\\0本身不会被写入）。
参数：
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str：要写入的字符串（必须以\\0结尾）。 -
fp：目标文件流（如stdout、文件指针等）。
返回值：
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成功：返回一个非负整数（通常是
0或写入的字符数）。 -
失败：返回
EOF（-1），并设置errno指示错误原因（如磁盘已满、文件不可写等）。
案例：文件拷贝（行处理）
#include #include #include #define MAX_LEN 256int main(int argc,char *argv[]){ if (argc != 3){printf(\"用法：%s 源文件 目标文件\\n\", argv[0]);return -1;}// 打开文件FILE *src = fopen(argv[1],\"r\");FILE *dest = fopen(argv[2],\"w\");// 非空校验if (!src || !dest){perror(\"文件打开失败！\");return -1;}// 创建一个数组，用来存储每次读写的文本数据、char line[MAX_LEN];// 循环读取数据while(fgets(line, MAX_LEN - 1, src)) // -1：读取失败，或者读取完毕{// 去除换行符// line[strcspn(line,\"\\n\")] = \'\\0\'; // 将\\n替换\\0printf(\"读取行：%s\\n\", line);// 写入数据到文件if (fputs(line, dest) < 0) // -1：写入失败，或者写入完毕{printf(\"文件写入完毕！\\n\");return 1;}}// 关闭文件fclose(src);fclose(dest); return 0;}
章节作业
题目：学生成绩管理系统
要求
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使用预处理指令定义常量、宏和条件编译
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使用多文件编程（头文件和源文件分离）
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实现静态库和动态库的创建与使用
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包含基本的成绩管理功能
具体任务
第一部分：预处理应用
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定义以下宏：
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MAX_STUDENTS 100- 最大学生数量 -
PASS_SCORE 60- 及格分数线 -
GRADE_A_SCORE 90- A级分数线 -
创建一个带参数的宏
IS_PASS(score)，判断成绩是否及格
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使用条件编译实现调试模式：
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当
DEBUG宏被定义时，打印调试信息 -
否则不打印调试信息
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第二部分：多文件编程
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创建头文件
student.h，包含：-
结构体
Student定义（包含学号、姓名、成绩） -
函数声明（添加学生、删除学生、查询学生、计算平均分等）
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使用预处理指令防止头文件重复包含
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创建源文件
student.c，实现头文件中声明的函数 -
创建主程序文件
main.c，包含一个简单的菜单系统调用这些功能
第三部分：静态库创建与使用
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将
student.c编译为静态库libstudent.a -
修改
main.c使其链接静态库 -
编译并测试程序
第四部分：动态库创建与使用
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将
student.c编译为动态库libstudent.so -
修改
main.c使其在运行时动态加载动态库 -
使用
dlopen、dlsym等函数动态调用库中的函数 -
编译并测试程序
第五部分：综合功能实现
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实现以下功能（可以选择性实现一个或者多个）：
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添加学生信息
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删除学生信息
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查询学生信息
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计算班级平均分
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统计及格率
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按成绩排序
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在适当位置使用之前定义的宏
