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= C语言预处理器基础 =

== 介绍 ==
C语言预处理器是C语言编译过程中的一个重要阶段，它在实际编译之前对源代码进行文本级别的处理。预处理器指令以井号（#）开头，独立于C语言本身的语法。预处理器的主要功能包括宏替换、文件包含、条件编译等，这些功能极大地增强了C语言的灵活性和可维护性。

预处理器的工作流程可以表示为：
<mermaid>
graph LR
    A[源代码] --> B[预处理器处理]
    B --> C[预处理后的代码]
    C --> D[编译器]
</mermaid>

== 预处理器指令 ==
C语言中常见的预处理器指令包括：

* <code>#define</code> - 定义宏
* <code>#include</code> - 包含头文件
* <code>#ifdef</code>, <code>#ifndef</code>, <code>#endif</code> - 条件编译
* <code>#pragma</code> - 编译器特定指令
* <code>#error</code> - 生成编译错误
* <code>#line</code> - 改变行号信息

== 宏定义 ==
宏定义是预处理器最常用的功能之一，它允许开发者定义常量或简单的函数式宏。

=== 对象式宏 ===
<syntaxhighlight lang="c">
#define PI 3.14159
#define MAX_SIZE 100

int main() {
    float area = PI * 5 * 5;  // 展开为 3.14159 * 5 * 5
    int array[MAX_SIZE];      // 展开为 int array[100];
    return 0;
}
</syntaxhighlight>

=== 函数式宏 ===
函数式宏可以接受参数，在预处理阶段进行文本替换：
<syntaxhighlight lang="c">
#define SQUARE(x) ((x) * (x))
#define MAX(a, b) ((a) > (b) ? (a) : (b))

int main() {
    int num = 5;
    printf("Square of %d is %d\n", num, SQUARE(num));  // 输出: Square of 5 is 25
    printf("Max between 10 and 20 is %d\n", MAX(10, 20));  // 输出: Max between 10 and 20 is 20
    return 0;
}
</syntaxhighlight>

'''注意'''：函数式宏中的参数应该始终用括号括起来，以避免运算符优先级问题。

== 文件包含 ==
<code>#include</code>指令用于将其他文件的内容插入到当前文件中，通常用于包含头文件。

<syntaxhighlight lang="c">
#include <stdio.h>    // 系统头文件
#include "myheader.h"  // 用户自定义头文件
</syntaxhighlight>

区别：
* 尖括号(<>)用于系统头文件，搜索系统目录
* 双引号("")用于用户头文件，先搜索当前目录，再搜索系统目录

== 条件编译 ==
条件编译允许根据不同的条件编译不同的代码段。

<syntaxhighlight lang="c">
#define DEBUG 1

int main() {
    #if DEBUG
        printf("Debug mode is on\n");
    #else
        printf("Debug mode is off\n");
    #endif

    #ifdef WINDOWS
        printf("Running on Windows\n");
    #elif defined(LINUX)
        printf("Running on Linux\n");
    #else
        printf("Running on unknown platform\n");
    #endif
    
    return 0;
}
</syntaxhighlight>

== 预定义宏 ==
C语言提供了一些预定义的宏，常用于调试和平台检测：

<syntaxhighlight lang="c">
int main() {
    printf("File: %s\n", __FILE__);     // 当前文件名
    printf("Line: %d\n", __LINE__);     // 当前行号
    printf("Date: %s\n", __DATE__);     // 编译日期
    printf("Time: %s\n", __TIME__);     // 编译时间
    printf("Standard: %d\n", __STDC__); // 是否遵循ANSI C标准
    return 0;
}
</syntaxhighlight>

== 实际应用案例 ==
=== 跨平台开发 ===
条件编译常用于编写跨平台代码：

<syntaxhighlight lang="c">
#ifdef _WIN32
    #include <windows.h>
    #define SLEEP_SECONDS(x) Sleep((x)*1000)
#else
    #include <unistd.h>
    #define SLEEP_SECONDS(x) sleep(x)
#endif

int main() {
    printf("Waiting for 2 seconds...\n");
    SLEEP_SECONDS(2);
    printf("Done!\n");
    return 0;
}
</syntaxhighlight>

=== 调试日志 ===
使用宏定义创建调试日志系统：

<syntaxhighlight lang="c">
#define DEBUG 1

#if DEBUG
    #define LOG(msg) printf("[DEBUG] %s:%d: %s\n", __FILE__, __LINE__, msg)
#else
    #define LOG(msg)
#endif

int main() {
    LOG("Program started");
    // ... 程序逻辑 ...
    LOG("Program ending");
    return 0;
}
</syntaxhighlight>

== 注意事项 ==
1. 宏展开是纯文本替换，可能导致意外行为：
   <syntaxhighlight lang="c">
   #define SQUARE(x) x * x
   int result = SQUARE(2 + 3);  // 展开为 2 + 3 * 2 + 3 = 11，而不是25
   </syntaxhighlight>

2. 避免使用复杂的宏，它们难以调试和维护。

3. 宏名通常使用全大写字母以区别于普通变量。

4. 多行宏可以使用反斜杠(\\)续行：
   <syntaxhighlight lang="c">
   #define SWAP(a, b) { \
       typeof(a) temp = a; \
       a = b; \
       b = temp; \
   }
   </syntaxhighlight>

== 数学公式示例 ==
预处理器可以用于定义数学公式的宏：

<math>
#define CIRCLE_AREA(r) (PI * (r) * (r))
</math>

其中PI是之前定义的宏，圆的面积公式为：<math>A = \pi r^2</math>

== 总结 ==
C语言预处理器是一个强大的工具，能够：
* 通过宏定义提高代码复用性和可读性
* 通过文件包含组织代码结构
* 通过条件编译实现跨平台支持和功能开关
* 提供编译时信息和调试支持

合理使用预处理器可以显著提高C语言程序的开发效率和可维护性，但过度使用或不当使用也可能导致代码难以理解和调试。

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