C语言——C程序编译过程

原创已于 2022-08-09 11:37:52 修改 · 3k 阅读

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#c语言 #c++ #开发语言

于 2022-08-06 08:56:26 首次发布

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本文详细介绍了C语言的编译过程，包括预处理（宏定义、文件包含、条件编译）、编译、汇编和链接四个阶段。重点讲解了宏定义的使用，包括无参数和带参数的宏，以及宏定义与函数、typedef的区别。同时，提到了typedef在创建别名和简化类型声明中的应用。

C语言目录：

编写代码，保存后生成 hello.c 源文件

# include<stdio.h>

int main(int argc, char const *argv[]){
    printf("Hello World!");
    
    return 0;
}

在这里插入图片描述

对源文件 hello.c 进行预处理，生成预处理文件 hello.i
对预处理文件 hello.i 进行编译，生成汇编文件 hello.s
对汇编文件 hello.s 进行汇编，生成二进制文件 hello.o
对二进制文件 hello.o 进行链接，生成可执行文件 hello.exe
运行可执行文件 hello.exe

7.1 预处理

C编译器在对源程序进行编译前，会将一些特殊指令作解释（如 #include），进而产生一个新的源程序，之后再进行通常的编译

所有的预处理指令都以 # 开始，并且结尾不用分号
预处理指令可以出现在程序的任何位置，它的作用范围从它出现的位置到文件尾，所以尽可能将预处理指令写在源程序开头
包括：文件包含、宏定义、条件编译

7.1.1 文件包含处理

使用 <> ，仅在系统指定的磁盘路径下搜索所包含的文件

使用 "" ，现在当前工作目录中搜索，若找不到则在系统中寻找

7.1.2 宏定义

宏：用来替换重复出现的字符串

宏名：代替该字符串的标识符

宏代换（宏展开）：在编译预处理阶段，对程序中出现的所有 宏名 用相应的字符串进行代换，宏代换由预处理程序自动完成

a. 不带参数的宏定义

# define 标识符字符串

字符串可以是常数，表达式，格式串等

约定：宏名一般用大写字母作为标识符，以便与变量名区别开，但用小写也没有语法错误

#include <stdio.h>
#define PI 3.14

int main (){
    float S = PI * r * r;

    printf("%f", S);
    return 0;
}

若字符串中出现了某个宏名，不进行替换

#define PI 3.14

char *str = "PIE";//此时不会发生宏代换

宏代换只是简单的 字符串替换 ，不做语法检查。只有编译时才对源程序进行语法检查

宏定义的有效范围是从定义位置开始到文件结束。如果需要终止宏定义的作用域，可以用 #undef

#include <stdio.h>
#define PI 3.14

int main (){
    #undef PI
    float S = PI * r * r; //报错

    printf("%f", S);
    return 0;
}

宏定义之间可以相互引用

#define R  3.0
#define PI 3.14
#define C  2*PI*R
#define S  PI*R*R

可以用宏定义表示数据类型

# define String char*

int main(){
    String str = "The String";	
    
    return 0;
}

b. 带参数的宏定义

带参数的宏，在调用中，不仅要宏展开，而且要用实参数代替形参

#define 宏名(形参列表) 字符串

# define SUM(a,b) (a+b)

int main(){
    int sum = SUM(1,2);
    
    printf("%d\n",sum);
    return 0;
}

宏标识符与形参列表之间不能有空格，否则会当被当做普通字符串

# define SUM (a,b) (a+b)

int main(){
    int sum = SUM(1,2);//会被替换成 (a,b) (a+b)(1,2)
    //编译不通过
    
    printf("%d\n",sum);
    return 0;
}

带参数的宏在宏代换时，只作简单的字符和参数的替换，不进行计算操作

宏定义时，要用 () 将形参字符串括住

# define Twice(a) 2*a

int main(){
    int res = D(3+4);// 替换结果为：2*3+4
    
    printf("%d\n",sum);
    return 0;
}

# define Twice(a) 2*(a)

int main(){
    int res = D(3+4);// 替换结果为：2*(3+4)
    
    printf("%d\n",sum);
    return 0;
}

宏定义时，要将计算结果也用 () 括住

#  define Pow(a) (a)*(a)

int main(){
    int res = Pow(10)/Pow(2);
    //宏代换后：10*10/2*2=100
    
    return 0;
}

#  define Pow(a) ((a)*(a))

int main(){
    int res = Pow(10)/Pow(2);
    //宏代换后：(10*10)/(2*2)=25
    
    return 0;
}

7.1.3 条件编译

程序中一部分代码在满足一定条件才进行编译，否则不参与编译

优点：按不同的条件去编译不同的程序部分，因而产生不同的目标代码文件，有利于程序的移植和调试。生成的目标程序较短

#if 条件1
	...
#elseif 条件2
    ...
#else
    ...
#endif

#define SCORE 67
#if SCORE > 90
    printf("优秀\n");
	code 优秀
#elif SCORE > 60
    printf("良好\n");
	code 良好
#else
    printf("不及格\n");
	code 不及格
#endif

7.2 别名`typedef`

typedef 原类型名新类型名;

原类型名中含有定义部分，新类型名一般用大写表示
typedef 在编译时完成替换

7.2.1 `typedef` 的使用

a. 基本数据类型

typedef int Integer;
typedef Integer MyInteger;
int main(){
    Integer a;//等价于int a
}

b. 数组

typedef int NAME[20];
NAME a;//等价于 int a[20];

c. 结构体类型

 struct Person{
    int age;
    char *name;
};

typedef struct Person Person;

typedef struct Person{
    int age;
    char *name;
} Person;

typedef struct {
    int age;
    char *name;
} Person;

d. 枚举类型

enum Session{
    Spring,
    Summer,
    Autumn,
    Winter
};
typedef enum Session Session;

typedef enum Session {
    Spring,
    Summer,
    Autumn,
    Winter
}Session;

typedef enum {
    Spring,
    Summer,
    Autumn,
    Winter
}Session;

e. 指针

指向结构体的指针

typedef struct {
    float x;
    float y;
}Point;

typedef Point *PP;

指向函数的指针

int sum(int a, int b) {
    int c = a + b;
    printf("%d + %d = %d", a, b, c);
    
    return c;
}
typedef int (*Fn)(int, int);

// 定义一个指向sum函数的指针变量p
Fn p = sum;

7.3 宏定义与函数、typedef区别

7.3.1 宏定义与函数的区别

带参数宏定义与函数形式类似

匹配问题：宏定义不涉及存储空间的分配、参数类型匹配、参数传递、返回值
执行阶段：函数调用在程序运行时执行，而宏代换只在编译预处理阶段进行
执行效率：带参数的宏比函数具有更高的执行效率

7.3.2 宏定义与`typedef` 区别

宏定义与typedef 都可对数据类型进行说明

宏定义只是简单的字符串替换，在预处理阶段完成
typedef 在编译时处理，是对类型说明符的重新命名

typedef char *String;//给char *起了别名String

int main(){
    String str = "This is a String";
    return 0;
}

#define String char * //用String对char *进行宏代换

int main(){
    String str = "This is a String";
    
    return 0;
}