完全自学C(干货) —— 编译与链接
目录
一，翻译环境
编译器
链接器
二，执行环境
三，预处理详解
预定义符号
#define
#
##
带副作用的宏参数
宏和函数的对比
#undef
命令行定义
条件编译
文件包含
其他预处理指令
在ANSI C的任何一种实现中，存在两个不同的环境
- 翻译环境，将源代码转换为可执行的机器指令；
- 执行环境，用于实际执行代码；
一，翻译环境
- 每个源文件通过编译过程分别转换成目标文件；
- 每个目标文件由链接器捆绑在一起，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用到的函数，且可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；
编译器
- 编译 = 预编译(预处理) + 编译 + 汇编；
- cl.exe，是Microsoft C/C++编译器；
预编译/预处理（文本操作）
- #include，完成了头文件的包含；
- #define，定义的符号和宏的替换；
- 删除注释；
编译
- 把C语言代码，转换为汇编代码；
- 语法分析；
- 词法分析；
- 语义分析；
- 符号汇总；
《编译原理》
汇编
- 把汇编代码转换为机器指令（二进制指令）；
- 汇编后生成.obj文件（elf格式）；
- 生成符号表；
链接器
- 链接，把多个目标文件和链接库链接生成可执行程序（elf格式）；
- link.exe；
《程序员的自我修养》
二，执行环境
程序执行过程
- 程序必须载入内存中；操作系统环境中，一般由操作系统完成；独立环境中，必须手动安排，也可能通过执行代码置入只读内存来完成；
- 开始执行程序，接着调用main函数；
- 开始执行程序代码，此时程序使用一个运行时栈，存储函数的局部变量和返回地址；程序同时也可使用静态内存，存储静态内存中的变量在程序的整个执行过程中一直保留它们的值；
- 终止程序，正常终止main函数，或意外终止；
三，预处理详解
预定义符号
- C语言已预先定义好的内置符号；
- 可用于日志信息，以便于调试等；
__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__ //如文件编译器遵循ANSI C，其值为1，否则未定义（gcc支持、vs不支持）int main()
{
printf("%s\n", __FILE__); //F:\VS\Project1\test.c
printf("%d\n", __LINE__); //1990
printf("%s\n", __DATE__); //Aug 1 2021
printf("%s\n", __TIME__); //10:23 : 43
}#define
#define定义的标识符
- 预处理阶段时，替换；
- 末尾建议不要加(;)，否则多一个空语句或语法错误；
#define MAX 1000 //可替换数值
#define reg register //可替换关键字
#define do forever for(;;) //可替换一段语句
#define CASE break;case //可替换一段代码
//可替换多行代码（\续行符）
#define DEBUG_PRINT printf("file:%s\tline:%d\tdate:%s\ttime:%s\n",\
__FILE__, __LINE__, \
__DATE__, __TIME__)
#define定义宏
- 允许把参数替换到文本中，称为宏（macro）或定义宏（define macro）；
#define name( parament-list ) stuff
- parament-list 参数列表，会在stuff中完成替换；
- 括号（）必须紧邻name；
#define SQUARE(x) x*x
int main()
{
int ret = SQUARE(4); //先传参，在替换
printf("%d", ret);
}
//结果：16注：
- 宏是先替换，在计算的；
- 对数值表达式进行求值的宏定义，应加上括号，避免在使用宏时由于参数中的操作符和邻近操作符之间产生歧义；
#define SQUARE(x) x*x
int main()
{
int ret1 = SQUARE(3 + 1); //3+1*3+1
int ret2 = 3 * SQUARE(3 + 1); //3*3+1*3+1
printf("%d %d", ret1, ret2);
}
//结果：7 13
#define SQUARE(x) ((x)*(x))
int main()
{
int ret1 = SQUARE(3 + 1); //(3+1)*(3+1)
int ret2 = 3 * SQUARE(3 + 1); //3*((3+1)*(3+1))
printf("%d %d", ret1, ret2);
}
//结果：16 48#define替换规则
- 在调用宏时，首先对参数进行检查，看是否包含任何由#define定义的符号；如果是，它们首先被替换；
- 替换文本会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；
- 最后，再次对结果文件进行扫描，看是否包含任何由#define定义的符号。如果是，就重复上述处理过程。
#define M 100
#define MAX(x,y) ((x)>(y)?(x):(y))
int main()
{
int ret = MAX(10, M);
return 0;
}注：
- 宏参数和#define定义中，可以出现其他#define定义的变量。但是对于宏，不能出现递归。
- 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。
#define M 100
int main()
{
printf("M"); //此M不会被替换
return 0;
}#
- #宏参数，可把一个宏参数变成对应的字符串；
- 可实现在字符串中插入参数；
#define fun(x) #x //即转换为“x”
int main()
{
char str[] = fun(abcd);
printf("%s", str);
return 0;
}
//结果：abcd#define print(x, Format) printf("The value of "#x" "Format"!\n", x)
int main()
{
int num1 = 10;
float num2 = 20;
print(num1, "%d"); //printf("The value of ""num1"" %d!\n", num1)
print(num2, "%f"); //printf("The value of ""num2"" %f!\n", num2)
return 0;
}
//The value of num1 10!
//The value of num2 20.000000!##
- 可把两边的符号合成一个符号；
- 连接后需产生一个合法的标识符；
#define CAT(x, y) x##y
int main()
{
char str[] = CAT("ab", "cd");
int num1 = 10;
int num2 = CAT(num, 1);
return 0;
}带副作用的宏参数
- 当宏参数在宏定义中出现超过一次时，带有副作用的参数，可能会出现未知风险；
#define MAX(x, y) ((x)>(y)?(x):(y))
int main()
{
int a = 5;
int b = 8;
int ret = MAX(a++, b++); //((a++)>(b++)?(a++):(b++))
printf("%d %d %d", ret, a, b); //9 6 10
}宏和函数的对比
宏，通常被用于执行简单的运算；
宏优势
- 用于调用函数和函数返回的代码，可能会比实际执行小型计算的工作量所需时间更多；所以宏比函数在程序的规模和速度方面更优；
- 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；但，宏与类型无关；
宏劣势
- 每次使用宏时，会插入到程序中；可能会大幅度增加程序的长度；
- 宏无法调试，调试是在可执行程序后；
- 宏与类型无关，所以不够严谨；
- 宏可能带来运算符优先级的问题，容易出错；
//宏，可传类型参数
#define MALLOC(num,type) (type*)malloc(num*sizeof(type))
int main()
{
//(int*)malloc(10*sizeof(int))
MALLOC(10, int);
return 0;
}
注：
- 命名约定，宏名全部大写，函数名不全部大写；
#undef
- 取消宏定义
#define M 100
int main()
{
#undef M
printf("%d", M); //M为未定义的标识符
return 0;
}命令行定义
- 许多C编译器，均允许命令行中定义符号，用于启动编译过程；
- 如，在命令行中定义数值长度；
条件编译
#define M 100
int main()
{
#ifndef N
printf("%d", M); //如未定义了N，即编译此语句
#endif
#ifdef M
printf("%d", M); //如定义了M，即编译此语句
#endif
return 0;
}
文件包含
#include
- 可使另一个文件被编译；
- 替换过程为预处理器先删除此指令，用包含文件的内容替换，被包含几次就替换几次；
头文件包含方式
- 本地文件包含，#include “filename”；先在源文件所在目录下查找，如该头文件未找到，编译器在像查找库函数头文件一样，在标准位置查找头文件，如在未找到，提示编译错误；
- 库文件包含，#include
；直接去标准路径下去查找，如果找不到就提示编译错误；
注：
- linux环境标准头文件的路径，/usr/include；
- VS环境标准头文件的路径，C:\Program Files (x86)\Windows Kits\10\Include\10.0.19041.0\ucrt；
嵌套文件包含
- 会造成多次重复引用头文件；
- 解决方法，条件编译（在每个头文件开头添加#ifndef...#endif、或#pragma once）；
其他预处理指令
- #error
- #pragma
- #line
- #pragma pack()
- ...
《高质量C/C++编程指南》
《C语言深度剖析》