什么是ANSI C?
ANSI C(American National Standards Institute C)是指按照美国国家标准协会(ANSI)定的C语言标准。在1989年,ANSI制定了一套C语言标准,该标准通常被称为ANSI C或C89(为了区别于后续的标准C99)。ANSI C标准被国际标准化组织(ISO)接受,并以ISO/IEC 9899:1990的形式发布。所以,ANSI C和ISO C代表的是同一种标准。
在ANSI C的任何一种实现中,存在两个不同的环境:
第一种是翻译环境,在这个环境中源代码被转换为可执行的机器指令(二进制指令)
第二种是执行环境,它用于实际执行代码
翻译环境
翻译环境是经过编译和链接的操作将源代码转换为可执行的机器指令
⼀个C语⾔的项⽬中可能有多个.c⽂件⼀起构建,那多个.c⽂件如何⽣成可执⾏程序呢?
• 多个.c⽂件单独经过编译出编译处理⽣产对应的⽬标⽂件
• 注:在Windows环境下的⽬标⽂件的后缀是.obj,Linux环境下⽬标⽂件的后缀是.o
• 多个⽬标⽂件和链接库⼀起经过链接器处理⽣成最终的可执⾏程序。
• 链接库是指运⾏时库(它是⽀持程序运⾏的基本函数集合)或者第三⽅库
链接库(简单了解):
链接库是一种包含可重用代码的文件,用于在软件开发过程中实现代码的共享。链接库分为静态链接库和动态链接库两种类型。
静态链接库(.lib文件)的代码被包含在调用的可执行文件中,运行时不需要该静态链接库文件。静态链接库中不能再包含其他链接库。而动态链接库(.dll文件)可以被动态地引用和卸载,动态链接库中可以包含其他链接库。
动态链接库的链接方式有以下几种:
LoadLibrary函数用于根据路径加载动态库;
GetProcAddress函数用于根据函数名获取函数指针,但在运行时可能为空;
FreeLibrary函数用于卸载动态库。
代码复用是提高软件开发效率的重要途径。无论是函数、数据类型、类还是模块和库,只要具有通用性,就可以构造成相对独立的功能模块并在不同项目中重复使用。复用可以分为源码级别的白盒复用和二进制级别的黑盒复用。
白盒复用暴露了源代码,存在多份拷贝导致存储浪费,容易与普通代码发生命名冲突,更新功能模块也比较困难。黑盒复用,即静态链接库和动态链接库,一定程度上隐藏了源代码,缓解了代码耦合现象
其中,编译⼜可以分解成:预处理(预编译)、编译、汇编三个过程。
tips:
windows下:
目标文件后缀为.obj
可执行文件的后缀为.exe
Linux下:
目标文件后缀为.o
可执行文件没有后缀
预处理(vs环境下看不到变化需要在gcc环境下进行测试)
预处理阶段主要处理那些源⽂件中以#开始的预编译指令(#include等),处理的规则如下:
- 将所有的 #define 删除,并展开所有的宏定义
- 处理所有的条件编译指令,如: #if、#ifdef、#elif、#else、#endif
- 处理#include 预编译指令,将包含的头⽂件的内容插⼊到该预编译指令的位置,这个过程是递归进⾏的,也就是说被包含的头⽂件也可能包含其他头⽂件
- 删除所有的注释
- 添加⾏号和⽂件名标识,⽅便后续编译器⽣成调试信息等或保留所有的#pragma的编译器指令,编译器后续会使⽤
经过预处理后的.i⽂件中不再包含宏定义,因为宏已经被展开。并且包含的头⽂件都被插⼊到.i⽂件中。所以当我们⽆法知道宏定义或者头⽂件是否包含正确的时候,可以查看预处理后的.i⽂件来确认(gcc环境下)。
编译(vs环境下看不到变化需要在gcc环境下进行测试)
编译过程就是将预处理后的⽂件进⾏⼀系列的: 词法分析、语法分析、语义分析及优化 ,⽣成相应的汇编代码⽂件。 对下⾯代码进⾏编译的时候,会怎么做呢?假设有下⾯的代码:
array [index] = (index+ 4 )*( 2 + 6 );
词法分析
将源代码程序被输⼊扫描器,扫描器的任务就是简单的进⾏词法分析,把代码中的字符分割成⼀系列的记号(关键字、标识符、字⾯量等),上⾯程序进⾏词法分析后得到了16个记号:
符号 | 类型 |
array | 标识符 |
[ | 左方括号 |
index | 标识符 |
] | 右方括号 |
= | 赋值 |
( | 左圆括号 |
index | 标识符 |
+ | 加号 |
4 | 数字 |
) | 右圆括号 |
* | 乘号 |
( | 左圆括号 |
2 | 数字 |
+ | 加号 |
6 | 数字 |
) | 右圆括号 |
语法分析
词法分析所得的记号会被进行语法分析,产生的结果叫做语法树,即以表达式为节点的树。
语义分析
语法树会被进一步的进行语义分析,即对表达式的语法层⾯分析。编译器所能做的分析是语义的静态分析,静态语义分析通常包括声明和类型的匹配,类型的转换等,这个阶段会报告错误的语法信息。
汇编
#include <stdio.h> //test.c //声明外部函数 extern int Add(int x, int y); //声明外部的全局变量 extern int g_val; int main() add.c int g_val = 2022; int Add(int x, int y) { return x+y; }
汇编器是将汇编代码转变成机器可执⾏的指令,每⼀个汇编语句⼏乎都对应⼀条机器指令。就是根据汇编指令和机器指令的对照表⼀⼀的进⾏翻译,也不做指令优化。
链接
链接是⼀个复杂的过程,链接的时候需要把⼀堆⽂件链接在⼀起才⽣成可执⾏程序。 链接过程主要包括:地址和空间分配,符号决议和重定位等这些步骤。 链接解决的是⼀个项⽬中多⽂件、多模块之间互相调⽤的问题。 ⽐如: 在⼀个C的项⽬中有2个.c⽂件( test.c 和 add.c )
我们在 test.c ⽂件中每⼀次使⽤ Add 函数和 g_val 的时候必须确切的知道 Add 和 g_val 的地址,但是由于每个⽂件是单独编译的,在编译器编译 test.c 的时候并不知道 Add 函数和 g_val 变量的地址,所以暂时把调⽤ Add 的指令的⽬标地址和 g_val 的地址搁置。等待最后链接的时候由链接器根据引⽤的符号 Add 在其他模块中查找 Add 函数的地址,然后将 test.c 中所有引⽤到 Add 的指令重新修正,让他们的⽬标地址为真正的 Add 函数的地址,对于全局变量 g_val 也是类似的⽅法来修正地址。这个地址修正的过程也被叫做: 重定位 。
有关编译和链接的具体内容可以查看《程序的⾃我修养》来详细了解
执行环境
运行过程如下:
1. 将程序载⼊内存中(必须),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. 程序开始执行,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 ,正常情况下main函数完成后就会终止,也有可能是意外终⽌。