写这篇的原因，是前两天半夜拉肚子时，突然一个大二的学弟在QQ上找我问了这个问题，想想人家凌晨还在学习，真是有点惭愧；另一方面，大半年不写C语言，有点儿生疏了，做一下记录。

学弟最近在学习二叉树，他想用C语言实现，大致内容就是在一个名为BiTree.h的头文件里定义了二叉树的节点结构体BNode，另外两个头文件Queue.h和Stack.h由于也需要使用这个结构，所以都分别都有#include "BiTree.h"，最后主文件1.c里先后引用了Queue.h和Stack.h。

看起来结构如下图，于是他在VS环境下编译执行时，就会报错 — “BNode”:”struct”类型重定义。

这个问题很容易明白，头文件实际上被源文件包含了两次，所以就会报“重定义”错误。

最直接的解决方法就是条件编译，例如在BiTree.h里这样编写：

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#ifndef _BITREE_H
#define _BITREE_H
/*
** xxx
*/
#endif 

这样就消除了多重包含的危险，当头文件第一次被包含时，它被正常处理，_BITREE_H被定义成一个空串，当然也可以改变写法定义成别的。如果头文件再次被包含，由于_BITREE_H已经被定义了，这个头文件的内容将被忽略，_BITREE_H起到了一个标识的作用。

这大概就是条件编译的原理了。

C语言的编译过程包括：预处理、编译、汇编和链接。其中预处理阶段主要是在源码编译前，做一些文本性质的处理操作。例如插入被#include指令包含的文件内容、定义替换#define指令定义的符号、删除注释，以及判断条件编译指令中的条件，以确认某些部分是否要被编译。

1 文件包含

预处理器处理#include指令时，做的事情一般非常简单，删除这条指令，并用被引用文件的内容替换掉它即可，所以上文中出现的重定义问题就是由此引起。

而且如果是头文件被包含，则其中的内容都要被编译，一旦头文件被多个源文件包含，就会被完整重复编译多次，这还是会产生一点儿开销的。因此考虑到效率，以及程序模块化的原则，只把必要的声明放在一个头文件中，用多个粒度小的源文件，代替一个大粒度的源文件，是很有必要的。一方面维护程序时，定位 起来比较方便；另一方面，可以减小意外访问的几率。

1.1 库文件包含

库文件的包含语法一般使用尖括号，例如常见的: #include <stdio.h>。

至于预处理器去哪里寻找库文件，这取决于编译器的文档定义，以及使用的操作系统环境。

当然，大多数编译器也有命令行选项，用以指定头文件函数库的位置，我们可以自己添加目录。

1.2 本地文件包含

本地文件的包含语法一般使用双引号，例如上文的: #include "BiTree.h"。

通常处理本地头文件的方法是在源文件当前的目录查找，如果未找到，则继续查询标准位置。使用相对位置则会在相对于本源文件的位置查找。

C语言的编译器也支持绝对路径的写法，类UNIX系统中绝对路径以/开头，而windows环境以\开头，预处理器如果发现包含的是绝对路径，则会跳过正常的查找顺序，直接查找该绝对路径位置的头文件。

1.3 嵌套文件包含

上文开始处的例子就是文件的嵌套包含，在大型项目中，使用的头文件会非常多，就很难避免这种情况，解决问题的方法可以使用前文中的条件编译。

但是即使如此，预处理依然会读入整个头文件，虽然它的内容最终还是被忽略。但是这个机制会拖慢整个编译速度，所以如果能做到的话，尽量减少头文件的多重包含是最好的。

2 条件编译

编译的时候，如果能够选择某个语句或者代码块是否被编译，会显得比较方便，例如调试代码的部分，只有在调试的时候会被编译，正常使用的时候，又会忽略它们。

C语言中，条件编译机制可以满足这一点，它的基本结构是由#if与#endif构成的判断代码块，如下所示:

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#if 常量表达式1
    可执行代码块1
#elif 条件2
    常量表达式2
#elif xxx
...
#endif

如果我们想编译某一块，只要使用#define 常量表达式xxx 1即可，想要忽略则定义成0，这样虽然代码依然保留，但是编译器会根据条件选择性地处理。

另一个方面，这个特性可以用来处理判断一个符号是否被定义，即#if defined(symbol)与#if !defined(symbol)，不过我们一般用它的等价形式来写，即#ifdef与#ifndef。

3 宏

由于预处理器处理#define的机制主要是文本替换，所以我们可以通过这个机制将参数替换到文本中，这种实现叫做宏。

一些C语言笔试题里常会考到宏机制中的坑，例如：

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#include<stdio.h>

#define ADD(X) X+X  

int main()
{
    int m = 10 * ADD(2);
    printf("m = %d\n", m);
    return 0;
}

这个程序原意是要计算10*(2+2)的结果，但是由于宏函数也是文本替换，所以实际上计算中是这样的：10*2+2，结果就大不相同了，因此定义宏函数时最好加上括号。

为了方便识别，约定俗称的宏写法是全大些字母。

宏函数与普通函数相比，它的执行速度更快，因为普通函数存在函数调用与函数返回的开销；宏函数的参数是替换得来的，与类型无关，但普通函数的参数是类型相关的。

另一方面，宏定义的末尾是不要分号的，因为它被替换为文本之后，这个分号就截断了原有的语句。