c语言学习第三十五课——程序环境与预处理

目录

程序的翻译环境与执行环境

 预处理详解

1.预定义符号

 #define 

 定义一个标识符 完成替换.

#define 定义宏 替换参数

预处理的操作符#

预处理的操作符##

带副作用的宏参数

宏和函数对比

命名约定

#undef  

条件编译

头文件包含

---

程序的翻译环境与执行环境

在ANSIC的任何一种实现中，存在不同的两个环境：

第一种环境是翻译环境：在这个环境中源代码被转换为可执行的机器指令。
第二中是执行环境：用于执行实际的代码。

 我们用图来认识到一个项目是如何编译运行的：

源文件单独通过编译器生成一个目标文件（.obj文件），在利用链接器将众多的可执行程序链接起来

 

每一个源文件单独经过编译器编译生成对应的目标文件，我们可在源文件下找到这些目标文件。

在vs编译器上：

编译器是cl.exe文件，链接器是link.exe文件 。

现在详解一下编译环境下的操作：

 

在进入编译时的

编译分三个阶段
预编译   编译  汇编
gcc test.c   预处理中1.头文件的包含 2.注释的删除及define定义的符号的替换/gcc.test.i -S编译过程中会生成一个.s文件，把c语言代码翻译成汇编代码（通过语法分析，词法分析，语义分析，符号汇总等）参考《编译原理》
汇编  gcc.test -C 该过程会生成一个test.o的文件，在gcc中就是目标文件-一个二进制文件，所以会变就是把汇编代码转换为二进制指令，形成符号表。

预处理阶段会做三个事：                  编译做的事：                    汇编做的事：

 这里的编译，感兴趣可以去看《程序员的自我修养》，里面会详细讲到如何翻译成汇编代码。

这里的汇编，会形成符号表。

 之后在进行链接：                  

 链接  链接所有的.o的可执行文件，包括库形成可执行程序  1.合并段表 2.符号表的合并与重定位 
符号（一般是全局变量的与函数的名称）。将这些符号汇总到一起，形成符号表。
因为文本文件的格式是elf格式
合并段表，把对应的段的数据合并到一起
在形成符号表时分模块，static修饰外部链接属性为内部连接属性，即他们符号表合并到一起。

与链接库链接生成可执行文件。

 整个过程可理解为就是将高级语言转化位低级语言给计算机识别：

在程序执行的过程中：

1.程序必须载入内存，再有操作系统的环境中：一般由这个操作系统完成。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.程序的执行便开始调用main函数。

3开始执行程序代码时，这个时候程序将使用一个运行堆栈，存储函数的局部变量和返回值地址，程序同时也可以使用静态内存，存储在静态内存中的变量在整个程序中保存着他们的值。

4.终止程序，正常种植main函数，亦有可能是意外终止。

 预处理详解

1.预定义符号

__LINE__  //文件当前行号

__FUNCTION__//

 __FILE__          //进行的源文件
__DATA__        //文件被编译的日期

  __FUNCDNAME__//
__TIME__             //文件被编译的时间

等都是可以展示该文件的属性的指令

#include
int main()
{
    int i;
    int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
    for (i = 0; i < 10; i++)
    {
        printf("%d------%s,%s %s line=%d\n", arr[i], __FILE__, __DATE__, __TIME__, __LINE__);
    }
    return 0;
}

 #define 

 定义一个标识符 完成替换.

这里   \为续行符  在代码后 \之后可以换行，表示还是在一行上。

//在有些计算机语言没有break语句，但在c语言里是必须要有break语句来结束case语句。
//有人就会定义宏来实现不去写break语句

#define CASE  break;case
int main()
{
   int n=0;
   scanf("%d",&n);
   switch(n)
 {
   case 1:
        //....
   CASE 2:
        //.....
   CASE 3:
        //.....
     break;

 }
   return 0;
}

#define 定义宏 替换参数

实现一个数的平方

#define POW(x) x*x
int main()
{
printf("%d", POW(8));
return 0;
}

预处理的操作符#

define print_format(num,format)    printf("the value of "#num" is "format,num)
#的作用是不是替换内容，而是变成对应的字符串

int main()
{
	int a = 10;

	printf("the value of a  is %d", a);
	int b = 20;
	printf("the value of b  is %d", b);
	//我们可以这样写
	print_format(a, "%d\n");
}

预处理的操作符##

可以把位于它两边的符号合成一个符号

int Class110 = 2023;
#define CAT(x,y)  x##y
int main()
{
	printf("%d\n", CAT(Class, 110));//2023  前提是合成的符号具有意义
	return 0;
}

带副作用的宏参数

#define MAX(x,y)    ((x)>(y)?(x):(y))
int main()
{
	//这里想求最大值
	int a = 3;
	int b = 5;
	int c = MAX(3, 5);
	//int c=((3++)>(5++)?(3++):(5++))
	//这里反而不能实现最大值的求解
	printf("%d\n", c);//6
	printf("%d\n", a);//4
	printf("%d\n", b);//7
	return 0;
}

我们从中可以发现。在定义宏参与运算时，我们最好加上括号，防止因为运算优先级而出现问题，因为宏的作用仅仅是替换。

宏和函数对比

 1.调用函数的从函数返回的代码比实际执行这个计算需要的时间多。考虑函数栈帧，调用前到运行结束都是需要花费时间的而宏只有主要运算，时间更短，效率更高。
2.宏无类型，函数传参还需定义类型宏的替换可以是类型
 如 #define MALLOC(num,type)  (type*)malloc(num,sizoef(type))
3.但是宏只能实现简单的效果，若一个程序实现复杂，宏需多次定义
4.宏无法调试，与类型无关，当然也不够严谨
5.宏会带来运算符优先级的问题

命名约定

宏名都是大写
函数一般部分字母大写

#undef  

取消符号的宏定义 

#define MAX 100
#undef MAX;
int main()
{
	int a = 0;
	int b = a + MAX;
	printf("%d", b);
	return 0;
}

这里的MAX未被定义

条件编译

#if   #endif   #if define  #if !define 

满足条件可以进入编译 不满足不进入编译
#if (条件)//条件一般为常量表达式
.....
#endif
//多分支
#if  (条件)
....
#elif(条件)
.........
#endif

//判断是否被定义
#if defined (定义的变量)
......
#endif
//如果定义了MAX,语句参与编译


//如果没定义，语句参与编译
#if !defined(定义的变量)
...
#endif


#ifndef MAX
....
#endif

头文件包含

头文件分两种：

库文件#include  

当前文件#include"file name"

对于两者的区别：
" "先在文件路径查找之后才在库文件查找。

<>包含的头文件会直接去库文件里调用。

我们一般不去将库函数的头文件用“”来调用，这样反而效率会变低。
若头文件被重复包含，里面的内容也被重复的调用进来

可以定义#pragma once  #define __TEST.H__,（头文件）这样重复包含也只调用一次

其他还有许多预处理指令，详见高质量c++/c编程