C 标准库 <tgmath.h>

<tgmath.h> 是 C 标准库中的一个头文件，提供了类型泛型数学函数（Type-Generic Math Functions）。

<tgmath.h> 库在 C99 标准中引入，允许开发者使用统一的函数名来调用不同类型的数学函数（如 float、double 和 long double），而无需显式指定函数的具体类型。

<tgmath.h> 的主要目的是：

简化数学函数的使用，避免为不同类型（如 float、double、long double）显式调用不同的函数（如 sinf、sin、sinl）。
提高代码的可读性和可维护性。
支持复数类型的数学函数。

1、类型泛型宏

<tgmath.h> 定义了一组类型泛型宏，这些宏根据参数的类型自动选择正确的数学函数。例如：

sin(x)：如果 x 是 float，则调用 sinf(x)；如果 x 是 double，则调用 sin(x)；如果 x 是 long double，则调用 sinl(x)。
sqrt(x)：如果 x 是 float，则调用 sqrtf(x)；如果 x 是 double，则调用 sqrt(x)；如果 x 是 long double，则调用 sqrtl(x)。

这些宏支持以下类型的参数：

实数类型：float、double、long double。
复数类型：float complex、double complex、long double complex。

2、支持的函数

<tgmath.h> 支持以下类型泛型数学函数：

基本数学函数

函数	描述
`sin`	正弦函数
`cos`	余弦函数
`tan`	正切函数
`asin`	反正弦函数
`acos`	反余弦函数
`atan`	反正切函数
`atan2`	两个参数的反正切函数
`sinh`	双曲正弦函数
`cosh`	双曲余弦函数
`tanh`	双曲正切函数
`asinh`	反双曲正弦函数
`acosh`	反双曲余弦函数
`atanh`	反双曲正切函数

指数和对数函数

函数	描述
`exp`	指数函数
`log`	自然对数函数
`log10`	常用对数函数
`pow`	幂函数

其他函数

函数	描述
`sqrt`	平方根函数
`fabs`	绝对值函数
`ceil`	向上取整函数
`floor`	向下取整函数
`fmod`	浮点数取余函数

3、实例

以下是一个使用 <tgmath.h> 的示例，展示了如何使用类型泛型数学函数：

实例

#include <stdio.h>
#include <tgmath.h>

int main() {
// 实数类型
float f = 1.5f;
double d = 2.5;
long double ld = 3.5L;

// 使用类型泛型函数
printf("sin(f) = %f\n", sin(f)); // 调用 sinf
printf("sin(d) = %f\n", sin(d)); // 调用 sin
printf("sin(ld) = %Lf\n", sin(ld)); // 调用 sinl

// 复数类型
double complex z = 1.0 + 2.0 * I;

// 使用类型泛型函数
double complex sqrt_z = sqrt(z);
printf("sqrt(z) = %f + %fi\n", creal(sqrt_z), cimag(sqrt_z));

return 0;
}

输出结果：

sin(f) = 0.997495
sin(d) = 0.598472
sin(ld) = 0.350783
sqrt(z) = 1.272020 + 0.786151i

4、注意事项

<tgmath.h> 仅在 C99 及更高版本中可用。
类型泛型宏根据参数的类型自动选择正确的函数，因此参数的类型必须明确。
如果参数类型不明确（例如，整数常量），编译器可能会选择默认的 double 版本。
复数类型的函数需要包含 <complex.h> 头文件。

5、实现原理

<tgmath.h> 的实现依赖于 C 语言的泛型选择机制（_Generic 关键字）。例如，sin 宏的定义可能如下：

#define sin(x) _Generic((x), \
    float: sinf,             \
    double: sin,             \
    long double: sinl        \
)(x)

_Generic 关键字根据 x 的类型选择正确的函数。

<tgmath.h> 提供了类型泛型数学函数，简化了不同数值类型（如 float、double、long double 和复数类型）的数学函数调用。它是 C99 标准中的一个重要特性，特别适用于需要处理多种数值类型的科学计算和工程应用。通过使用 <tgmath.h>，开发者可以编写更简洁、更通用的代码。

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