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【C语言进阶】预处理与程序环境

news 2025/8/23 11:48:28

一.详解编译与链接
- - 1.前言
  - 2.翻译环境
  - 3.剖析编译过程
  - 4.运行环境
- 二.预处理详解
- - - 1.预定义符号
    - 2.剖析#define
    - - (1).定义标识符
      - (2).定义宏
      - (3).替换规则
      - (4).#和##
      - (5).宏与函数的对比
      - (6).#undef
    - 3.条件编译
    - 4.文件包含
    - - (1).头文件包含的方式
        (2).嵌套文件包含

一.详解编译与链接

1.前言

在ANSI C中，任何实现都存在两种环境

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(二进制代码）。
第2种是执行环境，它用于实际执行代码

2.翻译环境

在这里插入图片描述

同一个项目下的多个源文件通过编译器生成.obj目标文件，再通过链接器将多个目标文件链接生成一个单一的可执行程序。
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。

3.剖析编译过程

在这里插入图片描述
如上图编译大致分为三个过程，预编译、编译、汇编。
首先预编译阶段会将.c文件生成.i文件，预编译阶段主要进行#include头文件的复制， #define定义符号的替换和删除以及注释的删除和文本操作。
编译阶段则将C语言代码翻译成了汇编代码生成s文件，并且进行了语法，此法，语义的分析，符号的汇总，为下面生成符号表做准备。
最后的汇编则执行的是将汇编代码反翻译成二进制指令生成 .o文件，在此阶段将二进制指令存放到目标文件中，并形成了符号表。
链接阶段就会执行合并段表和符号表的合成和重定义。

符合汇总会将代码中所有的全局变量以及地址汇集成一个表格，在链接阶段会检查出未定义的函数。

4.运行环境

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。

二.预处理详解

1.预定义符号

C语言内置了几个符号:

__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

2.剖析#define

(1).定义标识符

#define DEBUG_PRINT printf("file:%s\tline:%d\t \date:%s\ttime:%s\n" ,\__FILE__,__LINE__ ,    \__DATE__,__TIME__ )

如果定义的标识符过长，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)

(2).定义宏

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标识符的一部分

(3).替换规则

define定义的标识符和宏是直接替换，所以容易出现优先级问题以及不可预料的结果，所以在定义宏时应当不吝啬括号，保证预算出我们预料中的结果。

(4).#和##

首先了解字符串有自动连接的特性:如下代码的运行结果是一样的。

int main()
{printf("hello bit\n");printf("hello " "bit\n");return 0;
}

#的作用：把一个宏参数变成对应的字符串

#define PRINT(format, x) printf("the value of "#x" is "format"\n", x)int main()
{int a = 10;PRINT("%d", a);//printf("the value of "a" is "%d"\n", a)等同int b = 20;PRINT("%d", b);float f = 3.14f;PRINT("%f", f);return 0;
}

##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。

(5).宏与函数的对比

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。而函数即使多次使用都会调用函数定义的同一代码，。
执行速度 因为函数还有调用和返回的额外开销，宏的速度更快些。
操作符优先级 宏时直接替换不添加括号的话容易出现不可预料的结果。
带副作用的参数 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。
参数类型 宏不会对参数类型进行检查，可以适用所有数据类型
调试宏是在预编译就替换掉的不方便调试
递归宏是不可以递归

(6).#undef

可以用于移除一个宏定义。

3.条件编译

如果我们想在主函数外使用ifelse等条件，可以选择条件编译。

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

4.文件包含

(1).头文件包含的方式

#include <iostream>

使用尖括号查找头文件直接去标准路径下去查找，如果找不到就提示编译错误。

#inlcude "test.h"

使用双引号先在源文件所在目录下查找，如果该头文件未找到，编译器就像查找库函数头文件一样在标准位置查找头文件。如果找不到就提示编译错误

(2).嵌套文件包含

在一个大工程中常是分配不同的模块交给不同的人去编写完成，当所有模块集合在一起时，容易出现多次引用同一头文件的情况。我们常用条件编译来避免这个问题：

#ifndef __TEST_H__
#define __TEST_H__
//头文件的内容
#endif  //__TEST_H__

或者是在头文件开头添加:

#pragma once

目录