程序环境和预处理

最新推荐文章于 2024-01-15 19:59:01 发布

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本文详细讲解了C语言程序的翻译环境和执行环境，包括编译过程（预处理、编译、汇编和链接）、预定义符号的使用、宏定义与函数的对比，以及条件编译、文件包含和预处理器操作。重点介绍了预处理指令如#define和##的用法，以及如何避免宏引发的潜在问题。

程序的翻译环境
程序的执行环境
详解：C语言程序的编译+链接
预定义符号介绍
预处理指令 #define
宏和函数的对比
预处理操作符#和##的介绍
命令定义
预处理指令 #include
预处理指令 #undef
条件编译

程序的翻译环境和执行环境

在ANSI C的任何一种实现中，存在两个不同的环境。
第1种是翻译环境，在这个环境中源代码被转换为可执行的机器指令。
第2种是执行环境，它用于实际执行代码。

翻译环境

编译器的功能

编译的具体过程

预编译过程主要：对头文件的包含，define指令替换，注释的删除

形成test.i文件

编译过程主要：把代码翻译成汇编代码(语法分析，词法分析，语义分析，符号汇总)

形成test.s文件

汇编过程主要：把汇编指令翻译成二进制指令，形成符号表

形成test.o文件（其中符号表指的是不同源文件包含的自定义函数或主函数的地址）

链接过程主要：合并段表，符号表的合并和重定位

（合并段表指的是将不同的.o文件的段表合并起来形成一个）

形成test.exe文件（将符号表和链接库合并形成可执行程序exe）

运行环境

程序执行的过程：
1. 程序必须载入内存中。在有操作系统的环境中：一般这个由操作系统完成。在独立的环境中，程序
的载入必须由手工安排，也可能是通过可执行代码置入只读内存来完成。
2. 程序的执行便开始。接着便调用main函数。
3. 开始执行程序代码。这个时候程序将使用一个运行时堆栈（stack），存储函数的局部变量和返回
地址。程序同时也可以使用静态（static）内存，存储于静态内存中的变量在程序的整个执行过程
一直保留他们的值。
4. 终止程序。正常终止main函数；也有可能是意外终止。

预处理详解

预定义符号

__FILE__      //进行编译的源文件
__LINE__     //文件当前的行号
__DATE__    //文件被编译的日期
__TIME__    //文件被编译的时间
__STDC__    //如果编译器遵循ANSI C，其值为1，否则未定义

这些预定义符号都是语言内置的

printf("file:%s line:%d\n", __FILE__, __LINE__)；

#define定义宏

#define 机制包括了一个规定，允许把参数替换到文本中，这种实现通常称为宏（macro）或定义
宏（define macro）。

在使用define定义宏时括号一定要紧贴define的名字

#define SQUARE( x ) （（x） * （x））

提示：
所以用于对数值表达式进行求值的宏定义都应该用这种方式加上括号，避免在使用宏时由于参数中
的操作符或邻近操作符之间不可预料的相互作用

#define DOUBLE(x) （(x) + (x)）
printf("%d\n" ,10 * DOUBLE(5));
//直接进行替换
printf ("%d\n",10 * （(5) + (5)）);

#define替换规则

在程序中扩展#define定义符号和宏时，需要涉及几个步骤。
1. 在调用宏时，首先对参数进行检查，看看是否包含任何由#define定义的符号。如果是，它们首先
被替换。
2. 替换文本随后被插入到程序中原来文本的位置。对于宏，参数名被他们的值所替换。
3. 最后，再次对结果文件进行扫描，看看它是否包含任何由#define定义的符号。如果是，就重复上
述处理过程。
注意：
1. 宏参数和#define 定义中可以出现其他#define定义的符号。但是对于宏，不能出现递归。
2. 当预处理器搜索#define定义的符号的时候，字符串常量的内容并不被搜索。

易错点

#

把参数插入到字符串中

int i = 10;
#define PRINT(FORMAT, VALUE)\
 printf("the value of " #VALUE "is "FORMAT "\n", VALUE);
...
PRINT("%d", i+3);//产生了什么效果？

the value of i+3 is 13

##的作用

##可以把位于它两边的符号合成一个符号。
它允许宏定义从分离的文本片段创建标识符。

带副作用的宏参数

当宏参数在宏的定义中出现超过一次的时候，如果参数带有副作用，那么你在使用这个宏的时候就可能
出现危险，导致不可预测的后果。副作用就是表达式求值的时候出现的永久性效果。

x+1;//不带副作用
x++;//带有副作用

宏和函数的对比

宏通常被应用于执行简单的运算

那为什么不用函数来完成这个任务？
原因有二：
1. 用于调用函数和从函数返回的代码可能比实际执行这个小型计算工作所需要的时间更多。
所以宏比函数在程序的规模和速度方面更胜一筹。
2. 更为重要的是函数的参数必须声明为特定的类型。
所以函数只能在类型合适的表达式上使用。反之这个宏怎可以适用于整形、长整型、浮点型等可以
用于>来比较的类型。
宏是类型无关的。

宏的缺点

宏的缺点：当然和函数相比宏也有劣势的地方：
1. 每次使用宏的时候，一份宏定义的代码将插入到程序中。除非宏比较短，否则可能大幅度增加程序
的长度。
2. 宏是没法调试的。
3. 宏由于类型无关，也就不够严谨。
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4. 宏可能会带来运算符优先级的问题，导致程容易出现错。
宏有时候可以做函数做不到的事情。比如：宏的参数可以出现类型，但是函数做不到。

宏的优点

宏有时候可以做函数做不到的事情。比如：宏的参数可以出现类型，但是函数做不到。

#define MALLOC(num, type) (type *)malloc(num * sizeof(type))
...
//使用
MALLOC(10, int);//类型作为参数
//预处理器替换之后：
(int *)malloc(10 * sizeof(int));

宏和函数的对比

一般来讲函数的宏的使用语法很相似。所以语言本身没法帮我们区分二者。
那我们平时的一个习惯是：
把宏名全部大写
函数名不要全部大写

#undef

这条指令用于移除一个宏定义

#undef NAME
//如果现存的一个名字需要被重新定义，那么它的旧名字首先要被移除。

命令行定义

许多C 的编译器提供了一种能力，允许在命令行中定义符号。用于启动编译过程。
例如：当我们根据同一个源文件要编译出不同的一个程序的不同版本的时候，这个特性有点用处。（假
定某个程序中声明了一个某个长度的数组，如果机器内存有限，我们需要一个很小的数组，但是另外一
个机器内存大些，我们需要一个数组能够大些。）

条件编译

在编译一个程序的时候我们如果要将一条语句（一组语句）编译或者放弃是很方便的。因为我们有条件
编译指令。
比如说：
调试性的代码，删除可惜，保留又碍事，所以我们可以选择性的编译。

常见的条件编译指令

1.
#if 常量表达式
 //...
#endif
//常量表达式由预处理器求值。
如：
#define __DEBUG__ 1
#if __DEBUG__
 //..
#endif
2.多个分支的条件编译
#if 常量表达式
 //...
#elif 常量表达式
 //...
#else
 //...
#endif
3.判断是否被定义
#if defined(symbol)
#ifdef symbol
#if !defined(symbol)
#ifndef symbol
4.嵌套指令
#if defined(OS_UNIX)
   #ifdef OPTION1
   unix_version_option1();
   #endif
   #ifdef OPTION2
   unix_version_option2();
   #endif
#elif defined(OS_MSDOS)
   #ifdef OPTION2
   msdos_version_option2();
   #endif
#endif

文件包含

我们已经知道， #include 指令可以使另外一个文件被编译。就像它实际出现于 #include 指令的地方
一样。
这种替换的方式很简单：
预处理器先删除这条指令，并用包含文件的内容替换。
这样一个源文件被包含10次，那就实际被编译10次

头文件被包含的方式

本地包含

#include "filename"
查找策略：先在源文件所在目录下查找，如果该头文件未找到，编译器就像查找库函数头文件一样在标
准位置查找头文件。
如果找不到就提示编译错误。

linux环境标准头文件路径

/usr/include

VS环境的标准头文件路径

C:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio 12.0\VC\include

#include <filename.h>
查找头文件直接去标准路径下去查找，如果找不到就提示编译错误。

这样是不是可以说，对于库文件也可以使用 #include “stdio.h” 的形式包含？
答案是肯定的，可以。
但是这样做查找的效率就低些，当然这样也不容易区分是库文件还是本地文件了。

“ ”包含的头文件先在源文件找，找完再去标准头文件路径找

<>只在标准头文件路径查找

嵌套文件包含

comm.h和comm.c是公共模块。
test1.h和test1.c使用了公共模块。
test2.h和test2.c使用了公共模块。
test.h和test.c使用了test1模块和test2模块。
这样最终程序中就会出现两份comm.h的内容。这样就造成了文件内容的重复。

#ifndef __TEST_H__
#define __TEST_H__
//头文件的内容
#endif   //__TEST_H__

或者使用
#pragma once
就可以避免头文件的重复引入