C语言中程序环境和预处理的详细图文讲解

2023-02-16 12:02:35 语言 预处理 讲解

1. 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。

2. 详解编译+链接 

2.1 翻译环境

  • 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 

编译分为三步骤（如下图所示） 

2.2 编译本身也分为几个阶段

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

2.3 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。

3. 预处理详解

3.1 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

举个栗子：这些预定义符号都是内置的

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

这两个预定义符号会在屏幕打印出源文件路径，和该代码在哪一行 

3.2 #define

3.2.1 #define 定义标识符

提问： 在define定义标识符的时候，要不要在最后加上 ; ? 比如：

#define MAX 1000;
#define MAX 1000

建议不要加上 ; ,这样容易导致问题。

比如下面的场景：

if(condition)
 max = MAX;
 else
 max = 0;

 这里会出现语法错误。

3.2.2 #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：

#define SQUARE( x ) x * x

这个宏接收一个参数 x . 如果在上述声明之后，你把SQUARE( 5 );

置于程序中，预处理器就会用下面这个表达式替换上面的表达式。

警告： 这个宏存在一个问题： 观察下面的代码段：
int a = 5;
printf("%d\n" ,SQUARE( a + 1) );
替换文本时，参数x被替换成a + 1,所以这条语句实际上变成了：
printf ("%d\n",a + 1 * a + 1 );
这样就比较清晰了，由替换产生的表达式并没有按照预想的次序进行求值。
在宏定义上加上两个括号，这个问题便轻松的解决了

3.2.3 #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。

  • 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。
  • 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。
  • 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。

3.2.4 #和##  

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);

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。

1.使用 # ， 把一个宏参数变成对应的字符串

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

最终的输出的结果应该是：

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

3.2.5 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

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？

这里我们得知道预处理器处理之后的结果是什么：

z = ( (x++) > (y++) ? (x++) : (y++));  

所以输出的结果是：

x=6 y=10 z=9 

3.2.6 命名约定 

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

3.3 #undef  

这条指令用于移除一个宏定义。

3.4 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一个程序的不同版本的时候，这个特性有点用处。（假如某个 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。）

3.5 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

注：这里#undef是取消#define的定义 

 #ifdef 是判断有没有进行宏定义，如果没有定义则就不执行#ifdef里面的语句，#ifdef和#endif是配套使用的

总结

到此这篇关于C语言中程序环境和预处理的文章就介绍到这了,更多相关C语言程序环境和预处理内容请搜索以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持！

相关文章