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。