【C】程序的实现

目录

一、程序环境

二、编译阶段

        1.预编译

        2.编译

        3.汇编

三、链接阶段

四、预编译详解

        1.预编译符号

        2.命令行定义

        3.条件编译

        4.头文件

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一、程序环境

程序的实现都要经过「编译阶段」、「链接阶段」，这 2 个过程分别对应 2 个不同的环境：「翻译环境」、「执行环境」

翻译环境：将源代码转换为可执行的机器指令

执行环境：将转换后的代码执行

二、编译阶段

编译阶段分为 3 个步骤：「预编译」「编译」「汇编」

        1.预编译

对源文件做相应处理并将使用的头文件内容进行包含，生成「.i」后缀名文件

gcc 「文件名」 -E -o 「.i后缀文件名」
//将程序进行预编译并将预编译后的内容写入.i后缀新文件
//-E表示预编译，-o表示写入文件
//若不写入文件将会直接输出到终端，不好观察

查看 .i 文件，发现里面的内容比 .c 文件多很多，其中最后的部分是 做过处理后.c 文件中的代码，前面的部分是所包含头文件中的内容。

 在 .i 文件中可找到所包含头文件的路径，打开头文件与 .i 文件对比，证明包含的是头文件。

由于包含头文件在预编译后会产生大量代码，所以要避免重复包含头文件。

        2.编译

 对 C 代码进行「语法分析」「词法分析」「符号汇总」「语义分析」后，转换为汇编代码

gcc 「.i文件」 -S
//对文件进行编译，执行完毕后出现「.s文件」

符号汇总：将全局名称进行汇总

        3.汇编

 对汇总的符号标识对应地址，形成符号表，将汇编代码转换为二进制指令

gcc 「.s文件」 -c
//对文件进行汇编，生成「.o文件」

三、链接阶段

合并段表、符号表，生成可执行程序

合并段表

「.o」文件中的数据是以 elf 格式存储的，elf 格式的数据存储模式为分段存储，这时可以将多个「.o」文件中相对应的段进行合并。

合并符号表

将多个「.o」文件生成的符号表进行合并

例：

当注释掉 add 函数再次运行程序，可发现编译器在链接期间报错，因为此时符号表中找不到有效地址来替换 add 的无效地址。

 在 Linux 下，生成的可执行程序为「.elf」

四、预编译详解

        1.预编译符号

 常用于记录日志

__FILE__    //该文件路径
__LINE__    //当前行号
__DATE__    //当前日期
__TIME__    //当前时间
__STDC__    //若该编译器遵循ANSI C，其值为1，否则未定义
//所有下划线由两个组成

 VS 未遵循 ANSI C 标准

        2.命令行定义

在编译程序时定义符号，常用于在不同机器上做测试

 -D 表示定义

        3.条件编译

对宏（常量）进行判断，若满足条件则执行包含语句，类似 if 语句

（1）判断表达式

#if 「常量表达式」
    //...
#elif 「常量表达式」
    //...
#endif //结束

（2）判断是否定义

#if defined (标识符)
//等价于：
#ifdef 「标识符」

#if !defined (标识符)
//等价于：
#ifndef 「标识符」

不满足条件的语句将会在预编译时清除

        4.头文件

  头文件被包含几次，在预处理时就会写入几次该头文件

 避免头文件重复包含

（1）在头文件中添加如下代码

#ifndef __TEST_H__ //判断是否定义
#define __TEST_H__ //若没定义则定义该头文件

int add(int ,int);

#endif //结束

预编译被包含的头文件名会改为：__「文件名大写」_H__，并且定义该文件名

（2）在头文件中声明只包含 1 次

#pragma once //声明只包含1次

int add(int ,int);

头文件的查找

（1）当使用库文件的方式「< >」包含头文件时，编译器直接到库文件路径下查找该头文件

（2）当使用本地的方式「“ ”」包含头文件时，编译器优先去本地路径下查找该头文件，若为找到，则到库文件路径下查找