C语言课程回顾：九、C语言之预处理命令
9 预处理命令
- 9 预处理命令
- 9.1 概述
- 9.2 宏定义
- 9.2.1 无参宏定义
- 9.2.2 带参宏定义
- 9.3 文件包含
- 9.4 条件编译
- 9.5 本章小结
- 9.6 扩展 10种软件滤波方法的示例程序
- 1、限副滤波
- 2、中位值滤波法
- 3、算术平均滤波法
- 4、递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）
- 5、中位值平均滤波法（又称防脉冲干扰平均滤波法）
- 6、限幅平均滤波法
- 7、一阶滞后滤波法
- 8、加权递推平均滤波法
- 9、消抖滤波法
- 10、限幅消抖滤波法
- 10种软件滤波方法
9 预处理命令
9.1 概述
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。
（图片来源网络，侵删）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 (yy+3y)
它的作用是指定标识符M来代替表达式(yy+3y)。在编写源程序时，所有的(yy+3y)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(yy+3y)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(yy+3y),在s=3M+4M+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*(yy+3y)+4*(yy+3y)+5*(yy+3y);
但要注意的是，在宏定义中表达式(yy+3y)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 yy+3y
在宏展开时将得到下述语句：
s=3yy+3y+4yy+3y+5yy+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：
- 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。
- 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。
- 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 PIyy /* PI是已定义的宏名*/
对语句：
printf(“%f”,S);
在宏代换后变为：
printf(“%f”,3.1415926yy);
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) yy+3y /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=55+35
【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：
- 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。
- 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。
- 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性相同，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 return((y)*(y)); } int i=1; while(i int l=3,w=4,h=5,sa,sb,sc,vv; SSSV(sa,sb,sc,vv); printf("sa=%d\nsb=%d\nsc=%d\nvv=%d\n",sa,sb,sc,vv); } struct stu { int num; char *name; char sex; float score; } *ps; ps=(struct stu*)malloc(sizeof(struct stu)); ps-num=102; ps-name="Zhang ping"; ps->sex='M'; ps->score=62.5; #ifdef NUM printf("Number=%d\nScore=%f\n",ps->num,ps->score); #else printf("Name=%s\nSex=%c\n",ps->name,ps->sex); #endif free(ps); }由于在程序的第16行插入了条件编译预处理命令，因此要根据NUM是否被定义过来决定编译那一个printf语句。而在程序的第一行已对NUM作过宏定义，因此应对第一个printf语句作编译故运行结果是输出了学号和成绩。
在程序的第一行宏定义中，定义NUM表示字符串OK，其实也可以为任何字符串，甚至不给出任何字符串，写为：
#define NUM
也具有同样的意义。只有取消程序的第一行才会去编译第二个printf语句。读者可上机试作。
2. 第二种形式：
#ifndef 标识符
程序段1
#else
程序段2
#endif
与第一种形式的区别是将“ifdef”改为“ifndef”。它的功能是，如果标识符未被#define命令定义过则对程序段1进行编译，否则对程序段2进行编译。这与第一种形式的功能正相反。
3. 第三种形式：
#if 常量表达式
程序段1
#else
程序段2
#endif
它的功能是，如常量表达式的值为真(非0)，则对程序段1 进行编译，否则对程序段2进行编译。因此可以使程序在不同条件下，完成不同的功能。
【例9.13】
#define R 1 main(){ float c,r,s; printf ("input a number: "); scanf("%f",&c); #if R r=3.14159*c*c; printf("area of round is: %f\n",r); #else s=c*c; printf("area of square is: %f\n",s); #endif }本例中采用了第三种形式的条件编译。在程序第一行宏定义中，定义R为1，因此在条件编译时，常量表达式的值为真，故计算并输出圆面积。
上面介绍的条件编译当然也可以用条件语句来实现。 但是用条件语句将会对整个源程序进行编译，生成的目标代码程序很长，而采用条件编译，则根据条件只编译其中的程序段1或程序段2，生成的目标程序较短。如果条件选择的程序段很长，采用条件编译的方法是十分必要的。
9.5 本章小结
- 预处理功能是Ｃ语言特有的功能，它是在对源程序正式编译前由预处理程序完成的。程序员在程序中用预处理命令来调用这些功能。
- 宏定义是用一个标识符来表示一个字符串，这个字符串可以是常量、变量或表达式。在宏调用中将用该字符串代换宏名。
- 宏定义可以带有参数，宏调用时是以实参代换形参。而不是“值传送”。
- 为了避免宏代换时发生错误，宏定义中的字符串应加括号，字符串中出现的形式参数两边也应加括号。
- 文件包含是预处理的一个重要功能，它可用来把多个源文件连接成一个源文件进行编译，结果将生成一个目标文件。
- 条件编译允许只编译源程序中满足条件的程序段，使生成的目标程序较短，从而减少了内存的开销并提高了程序的效率。
- 使用预处理功能便于程序的修改、阅读、移植和调试，也便于实现模块化程序设计。
10种软件滤波方法的示例程序
9.6 扩展 10种软件滤波方法的示例程序
10种软件滤波方法的示例程序(JKRL)
假定从8位AD中读取数据（如果是更高位的AD可定义数据类型为int),子程序为get_ad();
1、限副滤波
/* A值可根据实际情况调整 value为有效值，new_value为当前采样值 滤波程序返回有效的实际值 */ #define A 10 char value; char filter() { char new_value; new_value = get_ad(); if ( ( new_value - value > A ) || ( value - new_value > A ) return value; return new_value; }2、中位值滤波法
/* N值可根据实际情况调整 排序采用冒泡法*/ #define N 11 char filter() { char value_buf[N]; char count,i,j,temp; for ( count=0;count value_buf[count] = get_ad(); delay(); } for (j=0;j for (i=0;i if ( value_buf[i]value_buf[i+1] ) { temp = value_buf[i]; value_buf[i] = value_buf[i+1]; value_buf[i+1] = temp; } } } return value_buf[(N-1)/2]; } int sum = 0; for ( count=0;count sum + = get_ad(); delay(); } return (char)(sum/N); } char count; int sum=0; value_buf[i++] = get_ad(); if ( i == N ) i = 0; for ( count=0;count char count,i,j; char value_buf[N]; int sum=0; for (count=0;count value_buf[count] = get_ad(); delay(); } for (j=0;j for (i=0;i if ( value_buf[i]value_buf[i+1] ) { temp = value_buf[i]; value_buf[i] = value_buf[i+1]; value_buf[i+1] = temp; } } } for(count=1;count char new_value; new_value = get_ad(); return (100-a)*value + a*new_value; } 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12}; char code sum_coe = 1+2+3+4+5+6+7+8+9+10+11+12; char filter() { char count; char value_buf[N]; int sum=0; for (count=0,count value_buf[count] = get_ad(); delay(); } for (count=0,count char count=0; char new_value; new_value = get_ad(); while (value !=new_value); { count++; if (count=N) return new_value; delay(); new_value = get_ad(); } return value; } char new_value; //new value为当前采样值 new value=get_ad(); if ((new_value-valueA)‖(value-new_value A) return value; return new_value; } /中位值滤波/ #define N 11 //N值可根据实际情况调整 char filter() { char value_buf[N]; char count,i,j,temp; for (count=0;count value_buf[count]=get_ad(); //获取采样值 delay(); } for (j=0;j for (i=0;i if(value_buf[i]value_buf[i+1]) { temp=value_buf[i]; value_buf[i]=value_buf[i+1]; value_buf[i+1]=temp; } } } return value_buf[(N-1)/2]; //取中间值 } /算术平均滤波// #define N 12 char filter() { int sum=0; for(count=0;count sum+=get_ad(); delay(); } return (char)(sum/N); } ///去极值平均滤波 // #define N 11 //N值可根据实际情况调整 int sum=0; char filter() { char value_buf[N]; char count,i,j,temp; for (count=0;count value_buf[count]=get_ad(); //获取采样值 delay(); } for (j=0;j for (i=0;i if(value_buf[i]value_buf[i+1]) { temp=value_buf[i]; value_buf[i]=value_buf[i+1]; value_buf[i+1]=temp; } } } for(count=1;count sum+=value_buf[count]; delay(); } return (char)(sum/(N-2)); } ///移动平均滤波（递推平均滤波）/// #define N 12 char value_buf[N]; char i=0; char filter() { char count; int sum=0; value_buf[i++]=get_ad(); if(i=N) i=0; for (count=0;count1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12};//加权系数表 char code sum_jq=1+2+3+4+5+6+7+8+9+10+11+12; char filter() { char count; char value_buf[N]; int sum=0; for (count=0;countvalue_buf[count]=get_ad(); //获取采样值 delay(); } for (count=0;count char new_value; //new value为当前采样值 new_value=get_ad(); return (a*new_value+(1-a)*value); }
- 10种软件滤波方法
