1. 前言
今天我們來(lái)學(xué)習(xí)C語(yǔ)言中程序的編譯和鏈接是如何進(jìn)行的。
在ANSI C的任何一種實(shí)現(xiàn)中，存在兩個(gè)不同的環(huán)境。
第1種是翻譯環(huán)境，在這個(gè)環(huán)境中源代碼被轉(zhuǎn)換為可執(zhí)行的機(jī)器指令。 第2種是執(zhí)行環(huán)境，它用于實(shí)際執(zhí)行代碼。
本文主要是介紹預(yù)編譯階段的相關(guān)知識(shí)。
2. 翻譯環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境
2.1 翻譯環(huán)境
1.組成一個(gè)程序的每個(gè)源文件通過(guò)編譯過(guò)程分別轉(zhuǎn)換成目標(biāo)代碼（object code）。
2.每個(gè)目標(biāo)文件由鏈接器（linker）捆綁在一起，形成一個(gè)單一而完整的可執(zhí)行程序。
3.鏈接器同時(shí)也會(huì)引入標(biāo)準(zhǔn)C函數(shù)庫(kù)中任何被該程序所用到的函數(shù)，而且它可以搜索程序員個(gè)人的程序庫(kù)，將其需要的函數(shù)也鏈接到程序中。
如下圖所示：
而編譯本身又分為三個(gè)階段 - 預(yù)編譯，編譯，匯編
預(yù)編譯（預(yù)處理） - 1.頭文件的包含，#include是預(yù)處理指令 2.#define定義符號(hào)的替換，#define是預(yù)處理指令 3.刪除注釋，最終生成.i文件
編譯 - 把c語(yǔ)言代碼翻譯成匯編代碼，1.語(yǔ)法分析 2.詞法分析 3.語(yǔ)義分析 4.符號(hào)匯總，最終生成.s文件
匯編 - 把匯編指令翻譯成二進(jìn)制的指令，形成符號(hào)表，最終生成.o文件
鏈接 - 1.合并段表 2.符號(hào)表的合并和重定位
2.2 運(yùn)行環(huán)境
程序執(zhí)行的過(guò)程：
1.程序必須載入內(nèi)存中。在有操作系統(tǒng)的環(huán)境中：一般這個(gè)由操作系統(tǒng)完成。
在獨(dú)立的環(huán)境中，程序的載入必須由手工安排，也可能是通過(guò)可執(zhí)行代碼置入只讀內(nèi)存來(lái)完成。
2.程序的執(zhí)行便開始。接著便調(diào)用main函數(shù)。
3.開始執(zhí)行程序代碼。這個(gè)時(shí)候程序?qū)⑹褂靡粋€(gè)運(yùn)行時(shí)堆棧（stack），存儲(chǔ)函數(shù)的局部變量和返回地址。程序同時(shí)也可以使用靜態(tài)（static）內(nèi)存，存儲(chǔ)于靜態(tài)內(nèi)存中的變量在程序的整個(gè)執(zhí)行過(guò)程一直保留他們的值。
4.終止程序。正常終止main函數(shù)；也有可能是意外終止。
3. 預(yù)處理詳解
接下來(lái)主要介紹預(yù)處理階段的相關(guān)操作。
3.1 預(yù)定義符號(hào)
預(yù)定義符號(hào) - 這些預(yù)定義符號(hào)都是語(yǔ)言內(nèi)置的。
FILE 進(jìn)行編譯的源文件
LINE 文件當(dāng)前的行號(hào)
DATE 文件被編譯的日期
TIME 文件被編譯的時(shí)間
STDC 如果編譯器遵循ANSI C，其值為1，否則未定義
使用方法：
int main()
{
int i = 0;
for (i = 0; i < 5; i++)
{
printf("name:%s file:%s line:%d date:%s time:%s i=%d\n", __func__, __FILE__, __LINE__, __DATE__, __TIME__, i);
}
return 0;
}
3.2 #define定義的標(biāo)識(shí)符常量和宏
3.2.1 #define定義的標(biāo)識(shí)符常量
#define的語(yǔ)法是：#define name stuff
如：#define MAX 1000 #define reg register
如果定義的 stuff過(guò)長(zhǎng)，可以分成幾行寫，除了最后一行外，每行的后面都加一個(gè)反斜杠(續(xù)行符)。
使用方法：
#define MAX 10
#define STR "abcdef"
int main()
{
int n = MAX;
char* str = STR;
printf("%d\n", n);
printf("%s\n", str);
return 0;
}
3.2.2 #define定義的宏
#define 機(jī)制包括了一個(gè)規(guī)定，允許把參數(shù)替換到文本中，這種實(shí)現(xiàn)通常稱為宏（macro）或定義宏（definemacro）。
#define name( parament-list ) stuff
注意： 參數(shù)列表的左括號(hào)必須與name緊鄰。 如果兩者之間有任何空白存在，參數(shù)列表就會(huì)被解釋為stuff的一部分。
用于對(duì)數(shù)值表達(dá)式進(jìn)行求值的宏定義都應(yīng)該用這種方式加上括號(hào)，避免在使用宏時(shí)由于參數(shù)中的操作符或鄰近操作符之間不可預(yù)料的相互作用。
使用方法：
#define ADD(x,y) ((x)+(y))
int main()
{
int a = 10;
int b = 20;
int c = ADD(a, b);
printf("%d\n", c);
return 0;
}
3.2.3 #define替換規(guī)則
在程序中擴(kuò)展#define定義符號(hào)和宏時(shí)，需要涉及幾個(gè)步驟。
1.在調(diào)用宏時(shí)，首先對(duì)參數(shù)進(jìn)行檢查，看看是否包含任何由#define定義的符號(hào)。如果是，它們首先被替換。
2.替換文本隨后被插入到程序中原來(lái)文本的位置。對(duì)于宏，參數(shù)名被他們的值替換。
3.最后，再次對(duì)結(jié)果文件進(jìn)行掃描，看它是否包含任何由#define定義的符號(hào)。如果是，就重復(fù)上述處理過(guò)程。
注意：
1.宏參數(shù)和#define定義中可以出現(xiàn)其他#define定義的變量。但是對(duì)于宏，不能出現(xiàn)遞歸。
2.當(dāng)預(yù)處理器搜索#define定義的符號(hào)的時(shí)候，字符串常量的內(nèi)容并不被搜索。
3.2.4 #和##
使用 # ，把一個(gè)宏參數(shù)變成對(duì)應(yīng)的字符串
使用##，可以把位于##兩邊的符號(hào)合成一個(gè)符號(hào)。它允許宏定義從分離的文本片段創(chuàng)建標(biāo)識(shí)符。
注： 這樣的連接必須產(chǎn)生一個(gè)合法的標(biāo)識(shí)符。否則其結(jié)果就是未定義的。
使用方法：
#define PRINT(VALUE,FORMAT) printf("the value of " #VALUE " is " FORMAT "\n", VALUE);
int main()
{
int a = 10;
int b = 20;
PRINT(a+b, "%d");
return 0;
}
3.2.5 帶副作用的宏參數(shù)
當(dāng)宏參數(shù)在宏的定義中出現(xiàn)超過(guò)一次的時(shí)候，如果參數(shù)帶有副作用，那么你在使用這個(gè)宏的時(shí)候就可能出現(xiàn)危險(xiǎn)，導(dǎo)致不可預(yù)測(cè)的后果。副作用就是表達(dá)式求值的時(shí)候出現(xiàn)的永久性效果。
例如：
x + 1;//不帶副作用
x++;//帶有副作用
例如如下代碼：
#define MAX(a,b) ((a) > (b) ? (a) : (b))
int main()
{
int x = 5;
int y = 8;
int z = MAX(x++, y++);
printf("%d %d %d\n", x, y, z);
return 0;
}
結(jié)果是：
3.3 宏和函數(shù)的對(duì)比
優(yōu)點(diǎn)：
1.用于調(diào)用函數(shù)和從函數(shù)返回的代碼可能比實(shí)際執(zhí)行這個(gè)小型計(jì)算工作所需要的時(shí)間更多。
所以宏比函數(shù)在程序的規(guī)模和速度方面更勝一籌。
2.更為重要的是函數(shù)的參數(shù)必須聲明為特定的類型。所以函數(shù)只能在類型合適的表達(dá)式上使用。
反之宏可以適用于整形、長(zhǎng)整型、浮點(diǎn)型等類型。宏是類型無(wú)關(guān)的。
缺點(diǎn)：
1.每次使用宏的時(shí)候，一份宏定義的代碼將插入到程序中。除非宏比較短，否則可能大幅度增加程序的長(zhǎng)度。
2.宏是沒(méi)法調(diào)試的。
3.宏由于類型無(wú)關(guān)，也就不夠嚴(yán)謹(jǐn)。
4.宏可能會(huì)帶來(lái)運(yùn)算符優(yōu)先級(jí)的問(wèn)題，導(dǎo)致程序容易出錯(cuò)。
以下是詳細(xì)對(duì)比：
代碼長(zhǎng)度：
#define定義的宏：每次使用時(shí)，宏代碼都會(huì)被插入到程序中。除了非常小的宏之外，程序的長(zhǎng)度會(huì)大幅度增長(zhǎng)。
函數(shù)：函數(shù)代碼只出現(xiàn)于一個(gè)地方；每次使用這個(gè)函數(shù)時(shí)，都調(diào)用那個(gè)地方的同一份代碼。
執(zhí)行速度：
#define定義的宏：更快
函數(shù)：存在函數(shù)的調(diào)用和返回的額外開銷，所以相對(duì)慢一些
操作符優(yōu)先級(jí)：
#define定義的宏：宏參數(shù)的求值是在所有周圍表達(dá)式的上下文環(huán)境里，
除非加上括號(hào)，否則鄰近操作符的優(yōu)先級(jí)可能會(huì)產(chǎn)生不可預(yù)料的后果，所以建議宏在書寫的時(shí)候多些括號(hào)。
函數(shù)：函數(shù)參數(shù)只在函數(shù)調(diào)用的時(shí)候求值一次，它的結(jié)果值傳遞給函數(shù)。表達(dá)式的求值結(jié)果更容易預(yù)測(cè)。
帶有副作用的參數(shù)：
#define定義的宏：參數(shù)可能被替換到宏體中的多個(gè)位置，所以帶有副作用的參數(shù)求值可能會(huì)產(chǎn)生不可預(yù)料的結(jié)果。
函數(shù)：函數(shù)參數(shù)只在傳參的時(shí)候求值一次，結(jié)果更容易控制。
參數(shù)類型：
#define定義的宏：宏的參數(shù)與類型無(wú)關(guān)，只要對(duì)參數(shù)的操作是合法的，它就可以使用于任何參數(shù)類型。
函數(shù)：函數(shù)的參數(shù)是與類型有關(guān)的，如果參數(shù)的類型不同，就需要不同的函數(shù)，即使他們執(zhí)行的任務(wù)是不同的。
調(diào)試：
#define定義的宏：宏是不方便調(diào)試的。
函數(shù)：函數(shù)是可以逐語(yǔ)句調(diào)試的。
遞歸：
#define定義的宏：宏是不能遞歸的。
函數(shù)：函數(shù)是可以遞歸的。
4. 條件編譯
在編譯一個(gè)程序的時(shí)候我們?nèi)绻獙⒁粭l語(yǔ)句（一組語(yǔ)句）編譯或者放棄是很方便的。因?yàn)槲覀冇袟l件編譯指令。
4.1 常見(jiàn)的條件編譯指令
1.
#if 常量表達(dá)式
...
#endif
//常量表達(dá)式由預(yù)處理器求值。
//2.多個(gè)分支的條件編譯
#if 常量表達(dá)式
...
#elif 常量表達(dá)式
...
#else
...
#endif
//3.判斷是否被定義
#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
使用方法：
int main()
{
int arr[10] = {0};
int i = 0;
for (i = 0; i < 10; i++)
{
arr[i] = i;
#if 1
printf("%d ", arr[i]);
#endif
}
return 0;
}
4.2 文件包含
#include指令可以使另外一個(gè)文件被編譯。就像它實(shí)際出現(xiàn)于#include指令的地方一樣。
本地頭文件包含：#include “filename”
查找策略：
先在源文件所在目錄下查找，如果該頭文件未找到，編譯器就像查找?guī)旌瘮?shù)頭文件一樣在標(biāo)準(zhǔn)位置查找頭文件。如果找不到就提示編譯錯(cuò)誤。
庫(kù)文件包含：#include <filename.h>
查找策略：
查找頭文件直接去標(biāo)準(zhǔn)路徑下去查找，如果找不到就提示編譯錯(cuò)誤。
4.3 嵌套文件包含
如果出現(xiàn)以下場(chǎng)景：
此時(shí)，comm.h和comm.c是公共模塊。test1.h和test1.c使用了公共模塊。test2.h和test2.c使用了公共模塊。test.h和test.c使用了test1模塊和test2模塊。這樣最終程序中就會(huì)出現(xiàn)兩份comm.h的內(nèi)容。這樣就造成了文件內(nèi)容的重復(fù)。
這時(shí)候我們就可以使用條件編譯的辦法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題：
每個(gè)頭文件的開頭寫：
#ifndef __ TEST_H __
#define __ TEST_H __
頭文件的內(nèi)容…
#endif __ TEST_H __
或者：
#pragma once
就可以避免頭文件的重復(fù)引入。文章來(lái)源：http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-407861.html
5. 結(jié)尾
本文到這里就結(jié)束了，如果有什么問(wèn)題或者文中有錯(cuò)誤，歡迎大家在評(píng)論區(qū)留言討論，感謝大家耐心閱讀，如果幫助到大家的話，請(qǐng)各位大佬點(diǎn)贊收藏關(guān)注一波，十分感謝！文章來(lái)源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-407861.html
到了這里，關(guān)于C語(yǔ)言中程序的編譯（預(yù)處理操作）+鏈接詳解（詳細(xì)介紹程序預(yù)編譯過(guò)程）的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！
