C/C++标准中#if !宏与#ifndef宏是否始终等价？

我发现一段代码在三大主流编译器中都能正常运行且无报错：

#include <cstdio>

int main() {
    #if !_LIBCPP_VERSION 
        std::printf("_LIBCPP_VERSION not defined");
    #else
        std::printf("_LIBCPP_VERSION defined and equal to %d", _LIBCPP_VERSION);
    #endif

    #ifndef _LIBCPP_VERSION
        std::printf("_LIBCPP_VERSION not defined");

    #else
        std::printf("_LIBCPP_VERSION defined and equal to %d", _LIBCPP_VERSION);

    #endif
}

我的问题是：在C或C++标准中，#if !_LIBCPP_VERSION这种检查是否始终与#ifndef _LIBCPP_VERSION等价？

回答 #

两者并不始终等价，差异出现在宏被定义为0（或展开后结果为0的表达式）的场景：

1. 当宏未定义时：

   • #ifndef _LIBCPP_VERSION 条件为真，进入对应分支
   • #if !_LIBCPP_VERSION 中，未定义的宏在#if表达式里会被当作0处理，!0结果为1，条件也为真，此时两者行为一致

2. 当宏被定义为非0值时：

   • #ifndef条件为假，进入else分支
   • #if !_LIBCPP_VERSION 中，非0值取反后为0，条件也为假，两者行为仍一致

3. 当宏被定义为0时：

   • #ifndef _LIBCPP_VERSION 条件为假（因为宏已经被定义了），进入else分支
   • #if !_LIBCPP_VERSION 中，!0结果为1，条件为真，进入第一个分支，此时两者行为完全相反

简单来说，#ifndef只关心宏是否存在，而#if !MACRO不仅关心宏是否存在，还会判断宏展开后的值是否为0。只有当宏要么未定义，要么被定义为非0值时，两者才会表现出相同的行为；如果宏被定义为0，结果就会不一样。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Khurshid Normuradov