C语言条件编译（#if、#else、#elif、#ifdef和#ifndef）详解

在 C语言中，条件编译是一种预处理技术，可以根据不同的条件有选择性地编译代码。我们已经学习了 C语言的 if else 分支结构，而条件编译类似于预处理中的分支结构。

C语言#if指令

在 C语言中，#if 也是一种条件编译指令，它可以根据某个常量表达式的值有选择性地编译代码。

#if 指令的语法格式如下：

#if 常量表达式
    编译的代码段
#endif

#if 指令要求条件表达式为一个常量表达式，其中不允许出现变量。此外，#if 指令还会将常量表达式的值计算出来，并根据计算结果选择是否编译代码段：

• 如果常量表达式的值为真，则编译代码段；
• 否则不编译代码段。

由于预处理指令中不使用花括号，因此无法将多条语句组成一条复合语句。因此，需要用 #endif 指令标记指令块结束，并且即使 #if 指令下仅有一条语句，也需要使用 #endif 指令标记指令块结束。

如下是一个使用 #if 指令的示例：

#include <stdio.h>
#define N 0
int main()
{
#if N == 1   //  常量表达式，无须括号
   printf("111111\n");
   printf("222222\n");
   printf("333333\n");
#endif      //  必须使用#endif指令标记指令块结束
   printf("AAAAAA\n");
   printf("BBBBBB\n");
   printf("CCCCCC\n");
   return 0;
}

运行结果为：

AAAAAA
BBBBBB
CCCCCC

被 #if 和 #endif 指令包括的代码段不符合条件，因此这段代码并没有被执行。

有的同学会有疑惑，为什么有了 if 关键字，还需要使用预处理指令 #if 呢？

• 预处理中的 #if：预处理指令将在编译前，由预处理器处理。预处理器根据预处理指令的意图修改代码。类似于 #define 指令，替换代码中出现的宏。#if 指令会根据分支的走向，保留需要走向分支的代码，删除被跳过分支的代码。
• 关键字 if：编译后程序运行时，计算条件表达式的结果。根据表达式结果，让程序走向不同的分支。

例如，上面的示例代码经过预处理后，将被修改为下面的代码：

#include <stdio.h>
int main()
{
    printf("AAAAAA\n");
    printf("BBBBBB\n");
    printf("CCCCCC\n");
    return 0;
}

如下图所示，由于在预处理时就需要计算条件表达式 N == 1 的结果，此时程序还未编译并运行，不能使用任何变量，因此条件表达式必须为一个常量表达式。另外，N 是由 #define 定义的符号常量，值为 0，表达式结果为假。因此，由 #if 到 #endif 组成的指令块中的代码将被删除。

C语言#else指令

在 C语言中，#else 是一种条件编译指令，用于在 #if 指令的条件不成立时执行某段代码。#else 指令的语法格式如下：

#if 常量表达式
    编译的代码段1
#else
    编译的代码段2
#endif

#if 指令计算常量表达式的值，并根据计算结果有选择性地编译代码段 1 或代码段 2。如果常量表达式的值为真，则编译代码段 1；否则编译代码段 2。

下面是一个使用 #else 指令的示例：

#include <stdio.h>
#define N 0
int main()
{
#if N == 1
   printf("111111\n");
   printf("222222\n");
   printf("333333\n");
#else
   printf("AAAAAA\n");
   printf("BBBBBB\n");
   printf("CCCCCC\n");
#endif
   return 0;
}

在上文的示例代码中，无论表达式 N == 1 结果为真或假，后三条函数 printf() 调用都不受影响。但是使用 #else 指令后，它与 #endif 指令将后三条函数 printf() 组成指令块。仅当 N == 1 结果为假时，后三条函数 printf() 调用语句才得以保留，如下图所示：


需要注意的是，#if 和 #else 指令都必须与 #endif 指令配对使用，以避免语法错误。

C语言#elif指令

在 C语言中，#elif 也是一种条件编译指令，用于在多个条件中选择一个条件执行某段代码。#elif 指令可以与 #if 或 #elif 指令一起使用，用于表示“否则，如果”的意思。

#elif 指令的语法格式如下：

#if 常量表达式1
   编译的代码段1
#elif 常量表达式2
   编译的代码段2
#elif 常量表达式3
   编译的代码段3
...
#else
   编译的代码段N
#endif

当 #if 指令中的常量表达式 1 为假时，依次判断下一个 #elif 指令中的常量表达式，直到找到一个为真的常量表达式，编译相应的代码段。如果所有的常量表达式都为假，则编译 #else 指令中的代码段 N。

下面是一个使用 #elif 指令的示例：

#include <stdio.h>
#define N 0
int main()
{
#if N == 1
    printf("111111\n");
    printf("222222\n");
    printf("333333\n");
#elif N == 2
    printf("AAAAAA\n");
    printf("BBBBBB\n");
    printf("CCCCCC\n");
#else
    printf("******\n");
#endif
    return 0;
}

查看下图：

• 当表达式 N == 1 成立时，保留输出数字的 printf() 函数调用，其他 printf() 函数调用均被删除；
• 当表达式 N == 2 成立时，保留输出字母的 printf() 函数调用，其他 printf() 函数调用均被删除；
• 其他情况下，保留输出星号的 printf() 函数调用，其他 printf() 函数调用均被删除。

C语言#ifdef指令和#ifndef指令

在 C语言中，#ifdef 是一种条件编译指令，用于判断宏是否已经定义。

#ifdef 指令的语法格式如下：

#ifdef 宏名
    编译的代码段
#endif

#ifdef 指令会根据宏名是否已经定义，选择是否编译代码段。若定义了该宏，则保留指令块内的代码；否则，删除代码块内的代码。

下面是一个使用 #ifdef 指令的示例：

#include <stdio.h>
#define printNumber
int main()
{
#ifdef printNumber
    printf("111111\n");
    printf("222222\n");
    printf("333333\n");
#endif
#ifdef printLetter
    printf("AAAAAA\n");
    printf("BBBBBB\n");
    printf("CCCCCC\n");
#endif
    return 0;
}

运行结果为：

111111
222222
333333

该程序中定义了宏 printNumber，在 #ifdef printNumber 中使用了该宏，因此保留了输出数字的 printf() 函数调用，而指令 #ifdef printLetter 会删除输出字母的 printf() 函数调用。

与之相反，#ifndef 是一种条件编译指令，用于判断宏是否未定义。#ifndef 指令的语法格式如下：

#ifndef 宏名
    编译的代码段
#endif

#ifndef 指令会根据宏名是否未定义，选择是否编译代码段。若未定义该宏，则保留指令块内的代码；否则，删除代码块内的代码。

下面是一个使用 #ifndef 的示例：

#include <stdio.h>
#define printNumber
int main()
{
#ifndef printNumber
    printf("111111\n");
    printf("222222\n");
    printf("333333\n");
#endif
#ifndef printLetter
    printf("AAAAAA\n");
    printf("BBBBBB\n");
    printf("CCCCCC\n");
#endif
   return 0;
}

运行结果为：

AAAAAA
BBBBBB
CCCCCC

该程序中定义了宏 printNumber，在 #ifndef printNumber 中使用了该宏，因此删除了输出数字的 printf() 函数调用，而保留了输出字母的 printf() 函数调用。