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# 第一章：基本介绍

## 1.1 回顾 C 语言的编译过程

* C 语言的编译过程，如下所示：

![](./assets/1.png)

* 过程 ① ：编写（编辑）源代码，即：编写 C 语言源程序代码，并以文件的形式存储在磁盘中。

> [!NOTE]
>
> 源程序需要以 `.c` 作为扩展名。

* 过程 ② ：编译，即：将 C 语言源程序转换为`目标程序（或目标文件）`。如果程序没有错误，没有任何提示，就会生成一个扩展名为 `.obj`或 `.o` 的二进制文件。C 语言中的每条可执行语句经过编译之后，最终都会转换为二进制的机器指令。

> [!NOTE]
>
> - ① 其实，`编译阶段`包含了`预处理`、`编译`和`汇编`。
> - ② `预处理`是编译过程的第一个阶段。在这个阶段，预处理器处理源代码中的指令（例如：`#include`、`#define`等），主要任务包括：
>   - 头文件包含：将头文件的内容插入到源文件中。例如：`#include <stdio.h>`会被替换为`stdio.h`文件的内容。
>   - 宏展开：替换宏定义。例如：`#define PI 3.14`会将代码中的`PI`替换为`3.14`。
>   - 条件编译：根据条件指令（如：`#ifdef`、`#ifndef`）有选择地编译代码。
>   - 删除代码中的注释，但是不会进行语法检查。
>   - 预处理完成后，生成一个扩展名为`.i`的中间文件。
> - ③ `编译`是将预处理后的源代码转换为汇编代码的过程。在这个阶段，编译器会检查代码的语法和语义，将其转换为目标机器的汇编语言，生成一个扩展名为`.s`的汇编文件。
> - ④ `汇编`是将汇编代码转换为机器代码（也称为目标代码或目标文件）的过程。在这个阶段，汇编器将汇编指令转换为二进制机器指令，生成一个扩展名为`.o`或 `.obj`的目标文件。

* 过程 ③ ：链接（连接），即：将编译形成的目标文件 `*.obj` 或 `*.o`和库函数以及其他目录文件`链接`，形成一个统一的二进制文件 `*.exe`。

> [!NOTE]
>
> - 为什么需要链接库文件？
> - 因为我们的 C 程序会使用 C 程序库中的内容，如：`<stdio.h>` 中的 `printf()` 函数，这些函数不是程序员自己写的，而是 C 程序库中提供的，因此需要链接。其实，在链接过程中，还会加入启动代码，这个启动代码（和系统相关，Linux 下主要有 crt0.c、crti.c 等，它们设置堆栈后，再调用 main() 函数）负责初始化程序运行时的环境。

- 过程 ④ ：执行，即：有了可执行的 `*.exe`文件，我们就可以在控制台上执行运行此 `*.exe` 文件。

> [!NOTE]
>
> 如果`修改`了源代码，还需要重新`编译`、`链接`，并生成新的 `*.exe`文件，再执行，方能生效。

## 1.2 和其他编程语言的对比

* 在编译和链接之前，C 语言需要对源文件进行一些文本方面的操作，如：删除代码中的注释，但是不会进行语法检查、头文件包含、宏展开、条件编译等，这个过程叫做预处理，由`预处理程序（预处理器）`完成。
* 较之其他的编程语言，如：Java 、C# 等，C/C++ 语言更依赖预处理器，所以在阅读或开发 C/C++ 程序的过程中，可能会接触到大量的预处理指令，如：`#include`、`#define` 等。

## 1.3 预处理指令

* 预处理过程中会执行预处理指令，预处理指令以 `#`开头，如：`#include` 等，用于指导预处理器执行不同的任务。

* 预处理器有如下的特点：

  * ① 预处理指令应该放在代码的开头部分。

  * ② 预处理指令都以 `#`开头，指令前面可以有空白字符（比如空格或制表符），`#`和指令的其余部分之间也可以有空格，但是为了兼容老的编译器，一般不留空格。

    ```c
    // 推荐写法
    #include <stdio.h>
    ```

    ```c
    // 不推荐写法
        #include <stdio.h>
    # include <stdio.h>
    ```

  * ③ 预处理指令都是一行的，除非在行尾使用反斜杠，将其折行，但强烈不建议这么干。

    ```c
    #include <std\
    io.h>
    ```

  * ④ 预处理指令不需要分号作为结束符，指令结束是通过换行符来识别的。

    ```c
    #include <stdio.h>; // 这里有分号会报错
    ```

    ```c
    #define PI 3.14; // 分号会成为 PI 的值的一部分
    ```

  * ⑤ 预处理指令通常不能写在函数内部，有些编译器的扩展允许将预处理指令写在函数里，但强烈不建议这么干。

    ```c
    int main () {
        // 一般不允许写在这里
        #include <stdio.h> // [!code warning]
        
        return 0;
    }
    ```

## 1.4 为什么 C 语言需要预处理？

### 1.4.1 概述

* 在实际开发中，有的时候，我们希望自己编写的程序能够跨平台（操作系统）运行，但是可能每个平台提供的系统库函数不同，如：在 Windows 上实现暂停的函数是 `void Sleep(DWORD dwMilliseconds)`，单位是 `ms`，头文件是 `<windows.h>`；而 Linux 上实现暂停的函数是 `unsigned int sleep (unsigned int seconds)`，单位是 `s` ，头文件是 `<unistd.h>`。所以，我们希望在 Windows 上调用的是 `Sleep()` 函数，而在 Linux 上调用的是 `sleep()` 函数，怎么办？
* 这就需要在编译之前对源文件进行处理：如果检测到的平台是 Windows，就保留 `Sleep()` 函数而删除 `sleep()` 函数；反之，如果检测到的平台是 Linux，则保留 `sleep()` 函数而删除 `Sleep()` 函数。

> [!NOTE]
>
> * ① 这些在编译之前对源文件进行简单加工的过程，就称为`预处理`，即：预先处理、提前处理。
> * ② 之前提过，在 Windows 上推荐使用 `MSYS2` ，就是因为 `MSYS2` 提供了一个兼容层，使得在 Windows 上可以使用类似于 Linux 的环境。并且，`MSYS2` 同时支持 Windows 和类 Unix 的库函数，对我们开发跨平台程序更为友好！！！

### 1.4.2 应用示例

* 需求：开发一个 C 语言程序，让它暂停 5 秒以后再输出内容，并且要求跨平台。

> [!NOTE]
>
> 不同平台下的暂停函数和头文件都不一样，如下所示：
>
> * ① Windows 平台下的暂停函数的原型是`void Sleep(DWORD dwMilliseconds)`（注意 S 是大写的），参数的单位是 `ms`，位于 `<windows.h>` 头文件。
> * ② Linux 平台下暂停函数的原型是`unsigned int sleep (unsigned int seconds)`，参数的单位是 `s`，位于 `<unistd.h>` 头文件。



* 示例：

```c
#include <stdio.h>

// 不同的平台下引入不同的头文件
#if _WIN32 // 识别windows平台
#include <windows.h>
#elif __linux__ // 识别linux平台
#include <unistd.h>
#endif

int main() {
// 不同的平台下调用不同的函数
#if _WIN32 // 识别windows平台
    Sleep(5000);
#elif __linux__ // 识别linux平台
    sleep(5);
#endif

    puts("Hello World\n");

    return 0;
}
```





# 第二章：宏定义

## 2.1 概述





# 第三章：带参数的宏定义





# 第四章：文件包含





# 第五章：条件编译