【C语言】程序环境和预处理

简介: 程序环境和预处理

 程序的翻译环境和执行环境

ANSI C的任何一种实现中,存在两个不同的环境。

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。

详解编译

    • 组成一个程序的每个源文件通过编译过程分别转换成目标代码(object code)。
    • 每个目标文件由链接器(linker)捆绑在一起,形成一个单一而完整的可执行程序。
    • 链接器同时也会引入标准C函数库中任何被该程序所用到的函数,而且它可以搜索程序员个人的程序库,将其需要的函数也链接到程序中。

    编译本身也分为几个阶段:

    sum.c

    int g_val = 2016;
    void print(const char *str)
    {
     printf("%s\n", str);
    }

    image.gif

    test.c

    #include <stdio.h>
    int main()
    {
     extern void print(char *str);
     extern int g_val;
     printf("%d\n", g_val);
     print("hello bit.\n");
     return 0;
    }

    image.gif

    image.gif编辑

    如何查看编译期间的每一步发生了什么呢?

    test.c

    #include <stdio.h>
    int main()
    {
     int i = 0;
     for(i=0; i<10; i++)
     {
     printf("%d ", i);
     }
     return 0;
    }

    image.gif

    1. 预处理 选项 gcc -E test.c -o test.i 预处理完成之后就停下来,预处理之后产生的结果都放在test.i文件中。

    2. 编译 选项 gcc -S test.c 编译完成之后就停下来,结果保存在test.s中。

    3. 汇编 gcc -c test.c 汇编完成之后就停下来,结果保存在test.o中。

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    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

    image.gif

    这些预定义符号都是语言内置的。 举个例子:

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

    image.gif

    #defifine

    #defifine 定义标识符

    语法:
     #define name stuff

    image.gif

    举个例子:

    #define MAX 1000
    #define reg register          //为 register这个关键字,创建一个简短的名字
    #define do_forever for(;;)     //用更形象的符号来替换一种实现
    #define CASE break;case        //在写case语句的时候自动把 break写上。
    // 如果定义的 stuff过长,可以分成几行写,除了最后一行外,每行的后面都加一个反斜杠(续行符)。
    #define DEBUG_PRINT printf("file:%s\tline:%d\t \
                              date:%s\ttime:%s\n" ,\
                              __FILE__,__LINE__ ,       \
                              __DATE__,__TIME__ )

    image.gif

    #defifine 替换规则

    在程序中扩展#defifine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#defifine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#defifine定义的符号。如果是,就重复上述处理过程。

      注意:

        1.  宏参数和#defifine 定义中可以出现其他#defifine定义的变量。但是对于宏,不能出现递归。
        2.  当预处理器搜索#defifine定义的符号的时候,字符串常量的内容并不被搜索。

        ###

        如何把参数插入到字符串中?

        首先我们看看这样的代码:

        char* p = "hello ""bit\n"; 
        printf("hello"," bit\n"); 
        printf("%s", p);

        image.gif

        这里输出的是不是

         hello bit

        答案是确定的:是。

        我们发现字符串是有自动连接的特点的。

        这里只有当字符串作为宏参数的时候才可以把字符串放在字符串中。

         另外一个技巧是: 使用 # 把一个宏参数变成对应的字符串

        ##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。

        #define ADD_TO_SUM(num, value) 
         sum##num += value; 
        ... 
        ADD_TO_SUM(5, 10);//作用是:给sum5增加10.

        image.gif

        注: 这样的连接必须产生一个合法的标识符。否则其结果就是未定义的。

        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。 例如:

        x+1;//不带副作用
        x++;//带有副作用

        image.gif

        MAX宏可以证明具有副作用的参数所引起的问题。

        #define MAX(a, b) ( (a) > (b) ? (a) : (b) ) 
        ... 
        x = 5; 
        y = 8; 
        z = MAX(x++, y++); 
        printf("x=%d y=%d z=%d\n", x, y, z);//输出的结果是什么?

        image.gif

        宏和函数对比

        宏通常被应用于执行简单的运算。比如在两个数中找出较大的一个。

        #define MAX(a, b) ((a)>(b)?(a):(b))

        image.gif

        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

          当然和宏相比函数也有劣势的地方:

            • 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。
            • 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。

            image.gif

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