# 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？

* C 语言并没有一个官方机构，也不属于哪个公司，它只有一个制定标准的委员会，任何其他组织或者个人都可以开发 C 语言的编译器，而这个编译器要遵守哪个 C 语言标准，是 100% 遵守还是部分遵守，并没有强制性的措施，也没有任何约束。

> [!NOTE]
>
> - ① 各个厂商可以根据自己的利益和喜好来开发编译器。
> - ② 市场和用户的选择通常是推动编译器开发者遵循标准的主要动力。

* 并且，不同硬件平台之间也存在差异，这会导致内存管理方式、寄存器、指令集等都有所不同，为了确保 C 语言程序能在这些硬件平台运行，就得针对该平台开发/定制不同的编译器。

> [!NOTE]
>
> - ① 上述的情况，在单片机和嵌入式领域更加常见。
> - ② 总体而言，C 语言具有开放性，并且要适应不同的硬件平台，这使得不同厂商可以根据自己的需求来进行个性化开发/定制。

* 这也导致了一个非常棘手的问题，有的编译器遵守较新的 C 语言标准，有的编译器只能遵守较老的 C 语言标准，有的编译器还进行了很多扩展，比如：
  * GCC、LLVM/Clang 更新非常及时，能够支持最新的 C 语言标准。
  * MSVC 更新比较缓慢，迟迟不能支持新标准，例如：VC6.0、VS2010 都在使用 C89 标准，VS2015 部分支持 C99 标准。

> [!NOTE]
>
> 微软官方给出的答复：最新的标准已经在 C++ 中支持了，C 语言就没必要再重复了。





# 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