C语言程序环境和预处理

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

1.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)。
2.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。
3.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

2.2 编译本身也分为几个阶段
 C语言程序环境和预处理_第1张图片

C语言程序环境和预处理_第2张图片

由图可见,我们在一个exe文件在形成中会通过编译和链接两个步骤形成,而在编译过程中会通过预编译(test.i文本替换),编译(test.s把C语言代码翻译成汇编代码) ,汇编(test.o把汇编代码转换成二进制指令),最后由链接器(合成段表,符号表的合并和重定位)来处理

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__
__LINE__
__DATE__
__TIME__
__STDC__
//进行编译的源文件
//文件当前的行号
//文件被编译的日期
//文件被编译的时间
//如果编译器遵循ANSI C,其值为1,否则未定义

这些预定义符号都是内置使用的。

例子:

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

 3.2#define

3.2.1 #define 定义标识符

语法:
#define name stuff

define MAX 1000

#define reg register
#define do_forever for(;;)
#define CASE break;case
//为 register这个关键字,创建一个简短的名字
//用更形象的符号来替换一种实现
//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__ )
 

这里我们要注意一下“ \ "  (续行符) 

#define MAX 1000;
//#define MAX 1000


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

这里我们看这道例题,假如我们使用define定义的MAX替换到下面这个程序中我们会发现程序会变成这个样子,这就造成了程序死循环的错误

if(condition)
    max = 1000;;
else
    max = 0;

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)

定义宏的方式:

#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

例子: 

#define SQUARE(x) ((x) * (x))

注意:在我们这个程序中,我们会发现在宏定义上加了括号 ,因为我们不加括号的话,在表达式替换上面的可能会造成符号优先级的问题

 2.2.3 #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。
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。

2.2.4#和##的区别 

1. 使用 # ,把一个宏参数变成对应的字符串
2. ##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

printf( "token" #n ")
printf( "token" "9" ")

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

x+1;//不带副作用
x++;//带有副作用

#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?

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

x=6 y=10 z=9

3.2.6 宏和函数对比

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


 宏的缺点:当然和函数相比宏也有劣势的地方:

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
 

属 性 #define定义宏 函数
代 码 长 度 每次使用时,宏代码都会被插入到程序中。除了非常
小的宏之外,程序的长度会大幅度增长
函数代码只出现于一个地方;每
次使用这个函数时,都调用那个
地方的同一份代码
执 行 速 度 更快 存在函数的调用和返回的额外开
销,所以相对慢一些
操 作 符 优 先 级 宏参数的求值是在所有周围表达式的上下文环境里,
除非加上括号,否则邻近操作符的优先级可能会产生
不可预料的后果,所以建议宏在书写的时候多些括
号。
函数参数只在函数调用的时候求
值一次,它的结果值传递给函
数。表达式的求值结果更容易预
测。
带 有 副 作 用 的 参 数 参数可能被替换到宏体中的多个位置,所以带有副作
用的参数求值可能会产生不可预料的结果。
函数参数只在传参的时候求值一
次,结果更容易控制。
参 数 类 型 宏的参数与类型无关,只要对参数的操作是合法的,
它就可以使用于任何参数类型。
函数的参数是与类型有关的,如
果参数的类型不同,就需要不同
的函数,即使他们执行的任务是
相同的。
调 试 宏是不方便调试的 函数是可以逐语句调试的
递 归 宏是不能递归的 函数是可以递归的

3.2.7 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


以上就是今天的分享了,喜欢的话请三连支持一下哦,我们下期再见


 

 

 

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