预处理指令

预处理指令又称预编译指令，是在 C++ 源文件编译前执行的指令。预处理指令可以定义或取消定义宏、条件编译、包含文件、引发错误、设置编译器等等。预处理指令永远以 # 开头，且以换行符为结尾。下面将分别介绍这些预处理指令。

宏（ #define #undef ）

宏使用 #define 定义。它大致有三种用法。

定义可供替换的宏

此条指令将源代码中出现的所有 @宏名@ 替换为 @替换文本@ 。请注意这里的 @宏名@ 是经过词法分析的，即当一个“单词”与 @宏名@ 相符时进行替换。比如：

#define MAX_N 10000

相当于把 MAX_N 这个词在编译前替换为 10000 ：

int a[MAX_N]{}; // 替换为 int a[10000]{};
int MAX_NUMBER;    // 不进行替换

定义宏，但不进行替换

此条指令仅仅定义了一个宏，但它不能用于替换。它主要可以用于条件编译（参见下文）。比如：

#define ONLINE_JUDGE

定义可供替换的类函数宏

你可以定义一个类似函数一样的宏。即：

你可以在 @宏名@ 后面附上 @形参列表@ ，这样你可以像函数那样使用这个宏。替换的时候，会用你的实参去替换替换文本的形参。替换举几个例子的话：

#define PRINT(sth) cout << sth << endl
PRINT("Hello");    // 替换为 cout << "Hello" << endl;
PRINT(42);         // 替换为 cout << 42 << endl;

又如：

#define SUM(a, b) ((a) + (b))
int score = SUM(23, 42); // 替换为 int score = ((23) + (42));

形参列表可以不限定长度，使用省略号即可：

你可以使用 __VA_ARGS__ 这个标识符来指代省略号所省略的内容（可以为空）。比如：

#define INT_ARRAY(name, len, ...) int name[len]{ __VA_ARGS__ }
INT_ARRAY(bar, 10, 3, 4, 5, 6); // 替换为 int bar[10]{ 3, 4, 5, 6 };

注意：仿函数宏的实参只识别 ( )，而不识别 < >。这意味着将模板实参作为宏实参可能会被错误地替换。

#define F(a, b) /* ... */
F(std::pair<int, int>, int); // 错误：参数个数不匹配
                             // a 替换为 std::pair<int
                             // b 替换为 int>
                             // 出现多余的实参 int

# 运算符

在宏替换中， # 运算符可以将这个形参的文本用双引号引起，使之成为一个字符串字面量。举例来说：

#define PRINT1(a) cout << a << endl
#define PRINT2(a) cout << #a << endl
PRINT1(number);   // 替换为 cout << number << endl;
PRINT2(number);   // 替换为 cout << "number" << endl;
PRINT2("Hello");  // 替换为 cout << "\"Hello\"" << endl;

## 运算符

## 可以将文本和形参紧密地、无空格地粘贴在一起。这一运算符可以用于：形成更长的变量名、组成更多位数的算术类型字面量、组合为复合赋值运算符等。但不能用于创建注释。例如：

#define STICK(a, b) (a##b)
int x = STICK(123, 456) // 替换为 int x = (123456);

__VA_OPT__ 运算符

当使用 __VA_ARGS__ 时，允许在替换文本中出现 __VA_OPT__ 运算符。该运算符的含义是，如果 __VA_ARGS__ 为空字符串，则在最终替换结果中删去 @文本@，否则在最终替换结果中保留 @文本@。例如：

#define G(...) f(0 __VA_OPT__(,) __VA_ARGS__)
G(1, 2); // 替换为 f(0, 1, 2);
G();     // 替换为 f(0); ，注意没有多余的逗号

除了 __VA_OPT__ 运算符，还有一种扩展语法：当替换文本中出现 ,##__VA_ARGS__ 时，则在 __VA_ARGS__ 为空字符串时删去开头的逗号。尽管大多数编译器都启用此扩展，但它并不标准。

一些编译器预定义的宏

你可以随时通过 #undef 来取消某个宏定义。

条件编译（ #if #elif #else #endif #ifdef #ifndef ）

条件编译是指编译器选择性地编译某一部分而不编译其它部分。

若常量表达式为非 0 值，则编译 @代码1@ 但不编译 @代码2@ ；反之若常量表达式为 0 值，则编译 @代码2@ 但不编译 @代码1@ 。当然， #else 即 @代码2@ 是可以省略的。例如：

#if __cplusplus >= 201103L
int* ptr = nullptr;
#else
int* ptr = NULL;
#endif

如果连续多个 #else #if ，可以使用 #elif 来简化。

defined 运算符

defined 运算符可以返回当前环境是否定义了某个宏。

若宏存在，则值为 1 ；若宏不存在，则值为 0 。比如：

#if defined(ONLINE_JUDGE)    // 若ONLINE_JUDGE宏被定义
freopen("1.out","w",stdout); // 则重定向到文件输出
#endif

另外， #ifdef 等价于 #if defined ， #ifndef 等价于 #if !defined 。它们的用法是：

包含文件（ #include ）

#include 指令可以把某个源文件直接插入进指令所在的位置。当文件编译时，将不断递归地展开 #include 指令，直至不存在#include 指令。其语法如下：

其中，用尖括号（ <> ）包括的文件名将优先在系统库文件中查找，而用引号引起的文件名将优先在当前源文件所在的路径中查找。 我们经常使用的 <iostream> <cmath> <iomanip> 等库，都是位于系统库路径的名为iostream cmath 和 iomanip 的文件，其中声明（或定义）了常用的变量、函数或者其他对象：比如 cin cout sqrt 和 setw 等等。在一些文本编辑器中，你可以按下 Ctrl 键的同时点击 #include 指令，就可以查看这些头文件。

引发错误（ #error ）

你可以手动地引发一个编译错误，通过这样的语法：

但凡编译到此指令编译器将停止编译，并将错误信息输出。

设置编译器（ #pragma #line ）

你可以通过某些参数去修改编译器的行为（比如静态链接等）。具体的参数语法和形式各有不同，可以参照编译器的说明文档。

常见的通用语法有 #pragma once 和 #pragma pack。

#pragama once 指定这个文件只能被 #include 一次，也就是说等价于

#ifndef LIBRARY_FILENAME_H
#define LIBRARY_FILENAME_H

// [...] 文件内容

#endif // LIBRARY_FILENAME_H

#pragma pack 指定接下来定义的结构体的对齐。虽然 alignas 修饰也可以指定对齐，但它只能让对齐更严格（值更大），而 #pragma pack 可以指定更宽松的对齐要求。

#pragma pack 可接受一个参数 @对齐@，它需要是 2 的整数次幂。当写下这条预处理指令后，之后的结构体对齐皆设置为 @对齐@。#pragma pack() 取消此设置，恢复默认对齐。比如：

#include <iostream>
using namespace std;
#pragma pack(2)
struct X {
    int32_t n;
    int32_t m;
    int16_t c;
};
#pragma pack()
int main() {
    cout << alignof(X) << endl; // 2
    cout << sizeof(X) << endl; // 10
}

这里，我使用 alignof 运算符检查某个类型或对象的对其要求。

但是，如果你使用 GCC 或 Clang，我们更推荐用特性（Attribute）来实现：

#include <iostream>
#include <tuple>
using namespace std;
struct [[using gnu: packed, aligned(2)]] X {
    int32_t n;
    int32_t m;
    int16_t c;
};
int main() {
    cout << alignof(X) << endl; // 2
    cout << sizeof(X) << endl; // 10
}

#line 用于覆盖设置当前的行号或者当前的文件名。此语法一般用于机器生成的代码。