周末花了一整天啃C语言的进阶内容，说实话，脑子有点胀，但理清楚之后还是很有成就感的。今天的主线其实就两条：预处理命令和指针。前者是编译之前的准备工作，后者是C语言最硬核的内存操作能力。趁热打铁，把今天的收获写下来，既是梳理，也算是给自己的一份笔记。
先说说预处理。平时我们写gcc main.c，感觉一键就生成了可执行文件，但其实背后分了四个步骤。预处理只是第一步，执行的是gcc -E main.c -o main.i，做的事情就是把代码里所有带#的指令展开。比如#include <stdio.h>会把stdio.h的整个内容拷贝进来，#define PI 3.1415会把代码里所有的PI替换成3.1415，还有#if 0 ... #endif这种条件编译会把中间的代码屏蔽掉，不参与后续编译。预处理完之后，才是真正的编译（转成汇编）、汇编（转成二进制）和链接（把库函数实现挂上去）。这个流程让我对编译器的理解深了一层。
宏定义这块，以前我总觉得宏就是简单替换，今天才真正意识到它和函数的区别有多大。宏在预处理阶段就完成了展开，本质上就是文本替换，所以它没有函数调用时的现场保护和恢复开销，效率高，但也因为不做运算，很容易出问题。比如你写#define SQUARE(x) x*x，调用SQUARE(3+2)，展开后是3+2*3+2，结果是11而不是25。所以老师反复强调，能加括号就加括号，写成#define SQUARE(x) ((x)*(x))。另外宏名最好大写，结尾不能加分号，这些都是容易踩的坑。相比之下，函数是在运行时才调用的，代码体积小，逻辑清晰，但每次调用都有开销。什么时候用宏，什么时候用函数，得看具体场景。
头文件包含也挺有意思。#include <stdio.h>用尖括号，编译器会去系统的路径找，比如Linux下的/usr/include。而#include "head.h"用双引号，编译器会先从当前目录找。这个区别之前一直没在意，今天才知道是为了区分系统头文件和自定义头文件。
条件编译这块，最实用的就是防止头文件重复包含。写#ifndef HEAD_H、#define HEAD_H、#endif这三行包裹住头文件内容，就能确保无论被#include多少次，实际只展开一次。另外#if 0 ... #endif用来注释大段代码比/* */更安全，因为可以嵌套，而/* */遇到嵌套就乱了。
当然，今天花时间最多的还是指针部分。说实话，指针确实是C语言最让人头疼但又最让人着迷的地方。
指针的本质就是地址。计算机给每个内存字节编了号，这个编号就是地址，而指针就是地址的别名。指针变量就是用来保存这个编号的变量。在64位系统下，任何指针变量都占8个字节，32位下占4个字节，这个和它指向的数据类型无关。定义的时候要写明基类型，比如int *p，意思是p指向一个int型的数据，解引用*p拿到的就是一个int。
指针的初始化特别重要。不初始化的指针就是野指针，指向哪里完全不可控，程序随时可能崩溃。老师给了两个建议：要么初始化为NULL，要么直接赋一个已有变量的地址，比如int *p = &num。
指针的算术运算一开始容易混淆。p+1不是简单加1个字节，而是偏移sizeof(基类型)个字节。int *p的话，p+1就向后移动4个字节，char *p只移动1个字节。两个指针相减的结果是它们之间间隔的元素个数，而不是字节差。这个设计其实很巧妙，方便对数组元素进行遍历。
指针作为函数参数，是我今天觉得最有用的技能。以前写函数，只能返回一个值，想返回多个结果就不知道怎么弄了。现在知道了，把变量的地址传进去，子函数通过解引用直接修改主函数里的变量，这不就相当于返回了多个结果嘛。经典的交换两个数就是最好的例子，传递&x和&y，子函数里*a和*b直接操作的就是x和y本身。
指针和数组的关系也很紧密。数组名就是数组首元素的地址，a和&a[0]完全等价。所以a[2]本质上就是*(a+2)。但数组名是地址常量，不能被赋值，a = &num是会报错的。当数组作为参数传递给函数时，实际上传递的就是首元素的地址，所以void print_array(int a[], int len)和void print_array(int *pa, int len)这两种写法完全等价。在函数内部，a就是一个指针变量，可以随意移动。
回想这一天，最大的感触是，预处理解决的是代码组织和编译控制的问题，指针解决的是内存访问和数据传递的问题。前者让代码更灵活，后者让程序更高效。当然，指针也是最容易出错的地方，野指针、悬空指针、越界访问，每一个都是大坑。但正是这些特性，让C语言保持着无可替代的地位。
今天学的东西够消化一阵子了，接下来找几个指针相关的练习题做做，把理论变成手感。学习编程嘛，光看笔记是不够的，多敲代码才是硬道理。
