C语言预编译详解

1.程序的翻译环境和执行环境

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在ANSI C的任何一种实现中， 存在两个不同的环境。

第一种是翻译环境， 在这个环境中源代码被转换为可执行的机器指令。
第二种是执行环境， 它用于实际执行代码。

2.详解编译+链接

2.1 翻译环境

组成程序的每一个源文件都会经过编译器的编译，也就是编译过程，生成一个目标文件，最后通过链接器像编译完成的多个目标文件链接在一起，最后才组成了可执行程序。
在编译过程中，链接器也会引入标准函数库中任何被该程序用到的函数，也可以检索个人的程序库，将需要的函数引入

2.2 编译也分为几个阶段

1.预处理 将.c文件预处理生成.i文件，预处理的结果就放在.i文件中。
2. 编译 编译完成后生成.s文件
3. 汇编 汇编完成后将结果保存在.o文件中

2.3 运行环境

程序执行的过程：
1.程序首先要载入内存中，在有操作系统的环境中，这一步骤由操作系统来完成。在独立的环境中，这一过程需要手动来操作，也可能是将可执行代码置入只读内存来完成。
2. 程序执行开始，接着调用main函数
3. 开始执行程序代码。这时程序将使用一个运行时堆栈（stack），储存函数的局部变量和返回地址。程序同时也可以使用静态内存（static），储存于静态内存中的变量在程序的整个执行过程中一直保留。
4. 终止程序，正常终止main，也可能是意外终止。

3.预处理详解

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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

这些预定义符号都是语言内置的

3.2 define

3.2.1 #define 定义标识符

语法： #define name suff

注意：在使用#define 定义标识符的时候，最后不要加上;

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，这种实现通常成为宏或定义宏
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

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。

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。

3.2.4 #和##

#的作用

#可以将一个宏参数变成对应的字符串
例

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？

代码中的#value 会被预处理为"value"
最后输出的结果应该是：

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，否则就是结果未定义。

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？

首先判断预处理器预处理后的结果是什么

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

所以结果为x = 6 y = 10 z = 9

宏与函数对比

宏通常被应用于执行简单的运算
比如在两个数中找出较大的一个

#define MAX(a, b) ((a)>(b)?(a):(b))

为什不用函数来完成这个任务
原因有二：

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，导致程序容易出现错误。

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。

#define MALLOC(num, type)\
(type *)malloc(num * sizeof(type))
...
//使用
MALLOC(10, int);//类型作为参数
//预处理器替换之后：
(int *)malloc(10 * sizeof(int));

3.3#undef

这条指令用于移除一个宏定义

#undef NAME
//如果现存的一个名字需要被重新定义，那么它的旧名字首先要被移除。

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。（假定某个
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。

#include 
int main()
{
int array [ARRAY_SIZE];
int i = 0;
for(i = 0; i< ARRAY_SIZE; i ++)
{
array[i] = i;
}
for(i = 0; i< ARRAY_SIZE; i ++)
{
printf("%d " ,array[i]);
}
printf("\n" );
return 0;
}

编译指令

	//linux 环境演示
gcc -D ARRAY_SIZE=10 programe.c

4.总结

预编译还有很多的知识点，如果以后遇到了不明白的预处理指令，建议大家去查阅各种资料。