Bộ tiền xử lý (Preprocessor) trong C++

Bộ tiền xử lý (Preprocessor) là các directive (chỉ thị), cung cấp chỉ lệnh tới bộ biên dịch để tiền xử lý thông tin trước khi bắt đầu biên dịch thực sự.

Tất cả chỉ thị tiền xử lý (Preprocessor directive) bắt đầu với #, và chỉ có các ký tự khoảng trống trắng (white-space) là có thể xuất hiện ở trước một chỉ thị tiền xử lý trên một dòng. Chỉ thị tiền xử lý không là các lệnh trong C++, vì thế chúng không kết thúc với một dấu chấm phảy.

Bạn đã thấy một chỉ thị tiền xử lý là #include trong tất cả ví dụ. Macro này được sử dụng để bao một Header file vào trong source file.

Có một số chỉ thị tiền xử lý được hỗ trợ bởi C++ như #include, #define, #if, #else, #line, … Dưới đây, chúng tôi sẽ trình bày các chỉ thị tiền xử lý quan trọng trong C++:

Bộ tiền xử lý # define trong C++

Chỉ thị tiền xử lý #define tạo các biểu tượng hằng. Biểu tượng hằng là một macro và mẫu chung của chỉ thị tiền xử lý này trong C++ là:

#define ten_cua_macro ten_thay_the 

Khi dòng này xuất hiện trong một file, tất cả macro xuất hiện theo sau trong file này sẽ được thay thế bởi ten_thay_the trước khi chương trình được biên dịch. Ví dụ:

#include <iostream>
using namespace std;

#define PI 3.14159

int main ()
{
 
    cout << "Gia tri cua PI la: " << PI << endl; 

    return 0;
}

Giả sử chúng ta có source file, sau đó biên dịch nó với tùy chọn –E và hướng kết quả tới test.p. Bây giờ, nếu bạn kiểm tra test.p, nó sẽ có nhiều thông tin và tại dưới cùng, bạn sẽ tinh chỉnh giá trị được thay thế như sau:

$gcc -E test.cpp > test.p

...
int main ()
{
 
    cout << "Gia tri cua PI la: " << 3.14159 << endl; 

    return 0;
}

Function-Like Macro trong C++

Bạn có thể sử dụng chỉ thị tiền xử lý #define trong C++ để định nghĩa một macro mà sẽ nhận tham số như sau:

#include <iostream>
using namespace std;

#define MIN(a,b) (((a)<(b)) ? a : b)

int main ()
{
   int i, j;
   i = 35;
   j = 16;
   cout <<"Gia tri nho nhat la " << MIN(i, j) << endl;

    return 0;
}

Biên dịch và thực thi code trên sẽ cho kết quả sau:

Gia tri nho nhat la 16

Biên dịch có điều kiện trong C++

Có một số chỉ thị tiền xử lý có thể sử dụng để biên dịch có sự tuyển chọn giữa các phần trong source code của bạn. Tiến trình này được gọi là biên dịch có điều kiện.

Chỉ lệnh tiền xử lý có điều kiện khá giống với cấu trúc lựa chọn if. Bạn xét code sau:

#ifndef NULL
   #define NULL 0
#endif

Bạn có thể biên dịch một chương trình với mục đích debug và có thể tắt hoặc bật việc debug này bởi sử dụng một macro trong C++, như sau:

#ifdef DEBUG
   cerr <<"Bien x = " << x << endl;
#endif

Lệnh cerr để được biên dịch trong chương trình nếu biểu tượng hằng DEBUG đã được định nghĩa ở trước chỉ thị #ifdef DEBUG. Bạn có thể sử dụng lệnh #if 0 để chú thích một phần của chương trình, như sau:

#if 0
   khong duoc bien dich phan code nay
#endif

Bạn thử ví dụ sau:

#include <iostream>
using namespace std;
#define DEBUG

#define MIN(a,b) (((a)<(b)) ? a : b)

int main ()
{
   int i, j;
   i = 35;
   j = 16;
#ifdef DEBUG
   cerr <<"Trace: Ben trong ham main!" << endl;
#endif

#if 0
   /* Day la phan comment */
   cout << code24h(Lap trinh C++) << endl;
#endif

   cout <<"Gia tri nho nhat la " << MIN(i, j) << endl;

#ifdef DEBUG
   cerr <<"Trace: Ben ngoai ham main!" << endl;
#endif
    return 0;
}

Biên dịch và chạy chương trình C++ trên sẽ cho kết quả sau:

Các toán tử # và ## trong C++

Các toán tử tiền xử lý # và ## là có sẵn trong C++ và ANSI/ISO C. Toán tử # thông báo rằng đoạn văn bản thay thế sẽ được chuyển đổi sang một chuỗi bao quanh bởi dấu ngoặc kép.

Bạn xét định nghĩa macro sau:

#include <iostream>
using namespace std;

#define code24h( x ) #x

int main ()
{
    cout << code24h(Lap trinh C++) << endl;

    return 0;
}

Biên dịch và chạy code trên sẽ cho kết quả sau:

Lap trinh C++

Bây giờ, chúng ta xét cách nó đã làm việc. Nó là đơn giản để hiểu rằng bộ tiền xử lý C++ chuyển dòng sau:

  cout << code24h(Lap trinh C++) << endl;

Thành dòng:

  cout << "Lap trinh C++" << endl;

Toán tử ## được sử dụng để nối chuỗi hai token. Ví dụ:

#define CONCAT( x, y )  x ## y

Khi CONCAT xuất hiện trong chương trình, các tham số của nó được nối chuỗi và được sử dụng để thay thế cho macro. Ví dụ, CONCAT(HELLO, C++) được thay thế bởi "HELLO C++" giống như trong chương trình sau:

#include <iostream>
using namespace std;

#define concat(a, b) a ## b
int main()
{
   char* xy = "Hello C++";
   
   cout << concat(x, y);
   return 0;
}

Biên dịch và thực thi code trên sẽ cho kết quả:

Hello C++

Giờ chúng ta xét cách chúng đã làm việc. Đơn giản là bộ tiền xử lý C++ chuyển dòng sau:

  cout << concat(x, y);

Thành dòng:

  cout << xy;

Macro tiền định nghĩa trong C++

C++ cung cấp một số macro được định nghĩa trước như liệt kê dưới đây:

Dưới đây là ví dụ cho tất cả macro ở trên trong C++:

#include <iostream>
using namespace std;

int main ()
{
    cout << "Gia tri cua __LINE__ la: " << __LINE__ << endl;
    cout << "Gia tri cua __FILE__ la: " << __FILE__ << endl;
    cout << "Gia tri cua __DATE__ la: " << __DATE__ << endl;
    cout << "Gia tri cua __TIME__ la: " << __TIME__ << endl;

    return 0;
}

Biên dịch và chạy chương trình C++ trên sẽ cho kết quả sau: