C语言八股---预处理,编译,汇编与链接篇

前言

  从多个.c文件到达一个可执行文件的四步:
  预处理–>编译–>汇编–>链接

预处理

  预处理过程就是预处理器处理这些预处理指令(要不然编译器完全不认识),最终会生成 main.i的文件
主要做的事情有如下几点:

• 展开头文件
• 展开宏
• 条件编译
• 删除注释
• 添加行号等信息
• 保留parama预处理指令

1. 头文件展开—#include指令
   • #include <sdtio.h> 和 #include “stdio.h”
     对于<> 搜索顺序为
     • 通过GCC参数gcc-I指定的目录（注：大写的I 让我们自由指定的）。
     • 通过环境变量CINCLUDEPATH指定的目录。
     • GCC的内定目录。
       对于 " "的搜索时顺序
     • 项目当前目录(此时也可以用"…/LED/led.h"方式去搜索)
     • 通过GCC参数gcc-I指定的目录。
     • 通过环境变量CINCLUDEPATH指定的目录。
     • GCC的内定目录
   • 为什么把声明放在头文件里
     • 提供一个接口 方便其他文件通过声明调用对应的函数
     • 当我们的led.c 包含了 led.h的时候 也方便编译器做类型的检查
   • 头文件多次包含会增加可执行文件的体积吗？
     只要是使用了类似#pragma once 或者#ifndef 多次包含是不会的增加可执行文件的体积的
     同样的要注意:声明不会增加可执行文件的体积
2. 宏展开#define 宏指令
   • 宏定义最小
     #define MIN(x,y) ((x) > (y) ? (y) : (x))
     因为宏只是做了一个替换所以对于如下代码

        #include <stdio.h>#define MIN(x,y) ((x) > (y) ? (y) : (x))//因为宏只是做了一个替换所以对于如下代码int main(){int a = 2 ;int b = 5;int c =  MIN(a++,b++);printf("c = %d a = %d b = %d\r\n",c,a,b); // a竟然等于4}

在这里可以用GNU C语法中的一些小技巧操作

        #define MIN(x,y) ({\typeof(x) _x = (x);\typeof(y) _y = (y);\_x > _y ? _x : _y;})

• 定义一个很大的常数的时候
    #define MAX_LONG (100001000010000)UL //指定类型
• ##连接符
    高端用法 看了好多代码都用这个 但是分析起来乱乱的，大概就是把两个字母连接到一起

        #define contact(x,y)  (x##y)int bc = 50;printf("bc = %d\r\n", contact(b,c));

• offset_of与container_of
  之前写结构体的时候写过,权当复习一下

  #define offset_of(type, member)     ((size_t)(&((type *)0)->member))
  #define container_of(type,member,ptr) (type *)((size_t) ptr - offset_of(type,member))
  struct student {int height;char * name;
  };
  int main()
  {struct student stu;stu.height = 50;stu.name = "123456";char ** tmp_name = &stu.name;struct student* s = &stu;printf("%p  %p %ld\r\n",s, tmp_name,offset_of(struct student,height));struct student *new_s = container_of(struct student,name,tmp_name);new_s->height = 60;printf("%d\r\n",stu.height);
  }
  

``

• 宏为什么要用 do {} while(0)
    如果去看linux源码也好还是RTOS等的代码也好 会有很多时候用到do_while(0) 它的作用是什么呢
  假设我们定义了
  #define MACRO() foo(); bar()
  此时我们写了这样的伪代码
  if (condition)
  MACRO();
  else
  baz();
  // 宏展开后和我们想要的就完全不一样了 直接就出错了
  // do {}while(0)可以保证宏作为一个整体执行 此时就可以定义一些局部变量

3. 条件编译 #ifdef等指令

• 条件编译指令
  

  正常用的比较多的就是 #ifndef #define #endif这几个连用
  也有 #defined(VAR_X)之类的

• #error指令
  如果发生错误直接中断编译过程
  

4. #pragma 指令
   • ＃pragma pack([n])：指示结构体和联合成员的对齐方式。
   • ＃pragma message(“string”)：在编译信息输出窗口打印自己的文
     本信息。
   • ＃pragma warning：有选择地改变编译器的警告信息行为。
   • ＃pragma once：在头文件中添加这条指令，可以防止头文件多次
     编译。

编译

  真要讲编译我也是不配讲的 就我们知道这是在干嘛就行了
  编译就是把.c文件变成汇编文件的过程

• 编译过程的6步
  词法分析 / 语法分析 / 语义分析 / 中间代码生成 / 汇编代码生成 / 目标代码生成
  • 语法错误: stynax error: 缺少分号 / {}没扩住 /
  • 语义错误: 类型不匹配 未定义的变量
    最终的结果就是生成.S文件
• gcc的优化等级 gcc -O
  可以参考
  https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/Optimize-Options.html#Optimize-Options
• 交叉编译
  嵌入式开发板一般是ARM架构 然后PC是x86架构
  通过交叉编译器进行程序的编译

汇编

  汇编就是把汇编代码编程机器码 也就是比较熟悉的 xx.o文件了
  汇编过程最终会生成以零地址为链接起始地址的可重定位目标文件

链接

  把.o 文件进行组装 需要重定位 因为所有的.o文件的开头都是以0地址开头的
  链接主要分为3个过程:分段组装、符号决议和重定位

• 分段组装
  不太好讲 基本就是通过一个脚本把多个文件按照段组合到一起
  

• 符号决议
  符号决议的核心就行 如果说变量/函数重名了怎么办

  • 不允许同时存在两个相同的强符号
    初始化的全局变量、函数名默认都是强符号，未初始化的全局变量默认是弱符号
    比如

        // b.cint i;   // 未初始化 是弱符号int main() {printf("%d\r\n",i);  //i的值是20}// a.cint i = 20;

__attribute__关键字 可以把强符号强行转换为弱符号 attribute((weak))

• 使用弱符号的好处

  • 自定义重名函数
    这里在嵌入式里最常见的就是中断服务函数的弱定义了
    当我们需要重新定义中断服务函数的时候 只需要保证名字很start.S的名字一致就行,链接的时候就知道链接到哪里了
    

  • 检查该函数是否存在
    // b.c
    #include <stdio.h>
    int global_k;
    char global_i;
    attribute((weak)) void func()
    {
    printf(“这被定义为弱符号了\r\n”);
    }
    int main()
    {
    printf(“%d\r\n”,global_k);
    if(func)
    func(); //调用的是强符号的函数
    return 0;
    }
    // a.c
    #include <stdio.h>
    int global_k = 20;
    int global_i;
    void func()
    {
    printf(“这被定义为强符号了 fun\r\n”);
    }

• 同样都是弱符号 谁体积大谁胜出
• 重定位
  因为要把不同的文件链接到一块 所以位置就会发生变化