C 语言预定义宏

简介

预定义宏是C语言标准规定的一系列由编译器实现的特殊宏，它们在预处理阶段被自动展开，提供编译环境、日期时间等系统级信息。这些宏的名称通常以双下划线开头和结尾（如__FILE__），是调试和跨平台开发的重要工具。

标准预定义宏列表

以下是C99/C11标准中必须实现的宏：

宏名称	描述	示例展开值
__DATE__	编译日期（"Mmm dd yyyy"格式）	"Jun 15 2023"
__TIME__	编译时间（"hh:mm:ss"格式）	"14:30:45"
__FILE__	当前源文件名（字符串字面量）	"example.c"
__LINE__	当前行号（整型字面量）	42
__STDC__	若编译器符合ANSI C标准则展开为1	1
__STDC_VERSION__	C标准版本（如199901L表示C99）	201112L

详细说明与示例

基础调试宏

最常用的调试组合是__FILE__和__LINE__：

#include <stdio.h>

int main() {
    printf("Debug: %s line %d\n", __FILE__, __LINE__);
    return 0;
}

输出示例：

Debug: test.c line 5

编译环境检测

通过__STDC__系列宏可检测编译器合规性：

#if __STDC_VERSION__ >= 201112L
    printf("Using C11 or later\n");
#elif __STDC_VERSION__ >= 199901L
    printf("Using C99\n");
#else
    printf("Using ANSI C (C89)\n");
#endif

特殊平台宏

不同编译器会扩展额外的预定义宏（非标准）：

编译器	示例宏	用途
GCC/Clang	__linux__	Linux平台检测
MSVC	_WIN32	Windows平台检测
通用	__cplusplus	C++模式检测

实际应用案例

调试日志系统

#define LOG(msg) \
    fprintf(stderr, "[%s %s] %s:%d - %s\n", \
            __DATE__, __TIME__, __FILE__, __LINE__, msg)

int main() {
    LOG("Memory allocation failed");
    return 0;
}

输出示例：

[Jun 15 2023 14:30:45] alloc.c:8 - Memory allocation failed

跨平台代码

#if defined(_WIN32)
    #include <windows.h>
    #define SLEEP(ms) Sleep(ms)
#elif defined(__unix__)
    #include <unistd.h>
    #define SLEEP(ms) usleep(ms * 1000)
#endif

高级用法

构建版本标识

结合多个宏生成唯一版本字符串：

#define STRINGIFY(x) #x
#define BUILD_VERSION "v1.0-" STRINGIFY(__DATE__)

// 展开结果示例：v1.0-Jun_15_2023

条件编译优化

使用__GNUC__检测GCC特性：

#if __GNUC__ >= 5
    // 使用GCC5+的特性
    #define likely(x) __builtin_expect(!!(x), 1)
#else
    #define likely(x) (x)
#endif

注意事项

• 预定义宏的值在预处理阶段确定，运行时不会改变
• 避免重定义标准预定义宏（如#define __LINE__ 100），这是未定义行为
• 平台特定宏需要查阅编译器文档

可视化关系

graph TD A[预定义宏] --> B[标准宏] A --> C[编译器扩展宏] B --> D[__FILE__] B --> E[__LINE__] B --> F[__DATE__] C --> G[GCC的__linux__] C --> H[MSVC的_WIN32]

数学表示

在条件编译中，宏展开可视为函数： $f(x)=\{\begin{array}{ll}1& \text{if }\mathrm{\_}\mathrm{\_}STDC\mathrm{\_}\mathrm{\_}\text{ is defined}\\ 0& \text{otherwise}\end{array}$