【C语言航路】第十五站:程序环境和预处理(上)

简介: 【C语言航路】第十五站:程序环境和预处理

一、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。

这里我们需要注意的是,计算机只能识别二进制指令,而这个机器指令就是二进制指令,也就是说,我们的源代码也就是test.c文件需要先经过翻译环境转变为机器指令。而vs2022就充当了这个翻译环境

当我们点击这个的时候,注意应该是生成解决方案而非重新生成,这里有误

我们就已经翻译完成,生成了可执行程序

而这个翻译环境又可以进行细分,细分为编译和链接

而这个编译阶段又可以继续细分,分为预编译,编译和汇编

二、编译和链接

1.翻译环境

如下图所示,在我们写代码的时候,每一个.c文件都会单独经过编译器生成.obj的目标文件,然后目标文件和链接库加上连接器就会变成可执行程序

我们可以详细看一下这个过程,假如说我们已经写好了两个.c文件。那么我们先清理掉解决方案,然后点击生成解决方案。就会看到目标文件了

2.编译本身也分为几个阶段

在上面我们也刚刚说过,编译也其实分为,三个阶段:预编译(预处理)、编译、汇编

我们还是使用上面的代码

对于预编译阶段,需要做三件事情,如下所示,同样对于编译阶段,需要将C语言代码翻译成汇编代码,其中包括语法分析,词法分析,语义分析,符号汇总。编译最终形成的文件后缀是.s

在汇编阶段,又会生成test.o这个目标文件,其实就是将汇编指令翻译成了二进制指令,并且形成了符号表。

注意我们在编译阶段是会有一个符号汇总的功能,这个符号汇总其实就是将所有的全局变量都汇总起来,比如g_val,main,Add.......等等

然后形成符号表就是将这些全局变量的符号都对应一个地址

然后就是链接阶段会发生两件事情:合并段表和符号表的合并和重定位

首先是合并段表。

合并段表是因为每一个test.o目标文件都有一个自己的段表,他们都是一个一个的段,但是他们最后只需要生成一个可执行程序,也就是一个段表。所以最终就会将这些段表给合并

然后是符号表的合并和重定位,如下图所示,在会汇编阶段,会生成两个符号表,在链接阶段会将这些符号表给合并成一个符号表。要使用有效的地址去合并

我们在看一下这个代码

这段代码的主要问题是将函数名给写错了。这样的话就导致编译器在合成符号表的时候,Add这个符号的地址还是0x0000,是一个无效的地址,从而导致了无法解析的外部符号这个报错

当然其实我们将这个声明外部符号的这个代码给去掉,其实也是正确的,只是会报一个警告, 因为最终形成的符号表还是一样的。

但是如果是声明一个外部的全局变量给去掉的话,就不可以了

3.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

三、预处理

1.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

__FUNCTION__//打印当前所在函数的函数名

#include<stdio.h>
int main()
{
  printf("%s\n", __FILE__);
  printf("%d\n", __LINE__);
  printf("%s\n", __DATE__);
  printf("%s\n", __TIME__);
  return 0;
}

运行结果为

并且由于__STDC__报错,我们可以得知,vs2022不遵循ANSI C标准

2.#define

1.#define定义标识符

语法:

#define name stuff

例子:

#define MAX 100
#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。
#define DEBUG_PRINT printf("file:%s\tline:%d\t \
       date:%s\ttime:%s\n" ,\
       __FILE__,__LINE__ , \
       __DATE__,__TIME__ )
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用于死循环

#include<stdio.h>
#define do_foever for(;;)
int main()
{
  do_foever;
  return 0;
}
#include<stdio.h>
#define CASE break;case
int main()
{
  int n = 0;
  switch (n)
  {
  case 1:
  CASE 2:
  CASE 3:
  CASE 4:
  }
  return 0;
}

注意:在define定义标识符的时候,最好不要加上;

2.#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)。

下面是宏的申明方式:

#define name( parament-list ) stuff

其中的 parament-list 是一个由逗号隔开的符号表,它们可能出现在stuff中。

注意:

参数列表的左括号必须与name紧邻。

如果两者之间有任何空白存在,参数列表就会被解释为stuff的一部分。

如下所示就是一个简单的宏

#include<stdio.h>
#define SQUARE(X) X*X 
int main()
{
  printf("%d\n", SQUARE(3));
  return 0;
}

但是这样的宏存在一个潜在的问题,因为宏只是一个替换,在下面的代码中宏被替换为3+1*3+1,所以结果为7

所以在使用宏的时候不要吝啬括号,下面的才是最正确的写法

下面的写法也是正确的

宏也可以传多个参数,但是他仅仅只是一个替换

3.#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

4.#和##

如何把参数插入到字符串中?#和##可以做到这一点

首先我们需要知道这一点

#include<stdio.h>
int main()
{
  printf("hello world\n");
  printf("hello"" world\n");
  return 0;
}

对于这个代码运行结果为

也就是说,将一个字符串分割成两个,一块打印效果也是一样的,编译器会自动拼接起来

我们有时候需要写这样的代码

我们发现有大量重复性的东西。因此我们迫不及待的想要将他封装成一个宏

于是我们写成了这样的,但是这个代码中的x是字符串里面的,是无法被宏识别的

为了达成这个目标,我们可以将宏改造一下,将原来的字符串给分隔开,将x前面加入#,这时候#x的作用就是将x转化为"x"这个字符串,这样一来就是printf里面有三个字符串,就可以很顺利的拼接起来了

但是呢,我们有时候还会去打印浮点数的数据,所以我们可以继续改造一下宏

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