目錄

一，程序的翻譯環(huán)境

二，詳解編譯+鏈接

?2.1 翻譯環(huán)境

?2.2 程序編譯的過程

2.3 運(yùn)行環(huán)境

三，預(yù)處理詳解

?3.1 預(yù)定義符號(hào)

3.2 #define

3.2.1 查看預(yù)處理

3.2.2 #define 定義標(biāo)識(shí)符

?3.2.3?#define 定義宏

?3.2.4#define 替換規(guī)則

3.25#和##

?1.#

2.##

3.2.6 帶副作用的宏參數(shù)

3.2.7 宏和函數(shù)對(duì)比

3.2.8 命名約定

3.3 #undef

3.4 條件編譯

?1. # if ~#endif

?2.多分枝條件編譯

?3.判斷是否被定義

?4.嵌套指令

?3.5 文件包含

3.5.1 頭文件被包含的方式：?

一，程序的翻譯環(huán)境

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。

二，詳解編譯+鏈接 ?

?2.1 翻譯環(huán)境

程序編譯過程：

組成一個(gè)程序的每個(gè)源文件通過編譯過程分別轉(zhuǎn)換成目標(biāo)代碼（object code）。

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。

鏈接器同時(shí)也會(huì)引入標(biāo)準(zhǔn)C函數(shù)庫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，將其需要的函數(shù)也鏈接到程序中。

?2.2 程序編譯的過程

預(yù)處理

要想生成可執(zhí)行程序，進(jìn)行編譯中的預(yù)處理是必不可少的，那什么又是干了什么呢？

其實(shí)在預(yù)處理的過程中是將test.c文件的內(nèi)容經(jīng)過處理重新放在了，test.i文件中。

test.i文件的部分操作

1 將test.c文件中包含#include的庫內(nèi)容放在test.i中。

2 將#define定義的符號(hào)替換,刪除定義的注釋。

編譯

在該過程中主要是進(jìn)行C語言的代碼轉(zhuǎn)換為匯編代碼。

在轉(zhuǎn)換的過程中主要是進(jìn)行C語言代碼的：語法分析，詞法分析，符號(hào)匯總，語意分析等操作。

同時(shí)這時(shí)也會(huì)生成一個(gè)test.s文件記錄當(dāng)前的更改。

匯編

在該過程中主要是將匯編代碼轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制的指令，形式符號(hào)表,生成了可重新定位的目標(biāo)文件test.o。

什么又是符號(hào)表呢？

#include<stdio.h>
 
int Add(int x, int y)
{
	return x + y;
}
 
int main()
{
	int a = 5;
	int b = 10;
	Add(a,b);

	return 0;
}

每個(gè)項(xiàng)目文件都有自己的符號(hào)表

?

?符號(hào)表：

1.合并段表，將匯編過程中的一一合并

1.符號(hào)表的合并和重定義

通過鏈接庫后生成鏈接庫?

1. 預(yù)處理 選項(xiàng) gcc -E test.c -o test.i
????????預(yù)處理完成之后就停下來，預(yù)處理之后產(chǎn)生的結(jié)果都放在test.i文件中。
2. 編譯 選項(xiàng) gcc -S test.c
????????編譯完成之后就停下來，結(jié)果保存在test.s中。
3. 匯編 gcc -c test.c
????????匯編完成之后就停下來，結(jié)果保存在test.o中。

2.3 運(yùn)行環(huán)境 ?

程序執(zhí)行的過程：
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，也可能是通過可執(zhí)行代碼置入只讀內(nèi)存來完成。
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?

三，預(yù)處理詳解 ?

?3.1 預(yù)定義符號(hào) ?

?舉例：

//可以相當(dāng)于日志寫進(jìn)文件中
#include <stdio.h>

int main()
{
	int i;
	FILE* pf = fopen("long.txt", 'a');
	if (pf == NULL)
	{
		return 1;
	}
	for (i = 0;i < 10;i++)
	{
		printf("name:%s line:%d date:%s i=%d\n", __func__, __LINE__, __DATE__, i);
	}

	fclose(pf);
	pf = NULL;

	return 0;
}

3.2 #define ?

語法：
#define name stuff?

#define：1.定義標(biāo)識(shí)符常量 2.定義宏

3.2.1 查看預(yù)處理

?

3.2.2 #define 定義標(biāo)識(shí)符

在預(yù)處理階段已經(jīng)完成替換?

?簡化代碼：

#define reg register

int main()
{
	int reg num = 100;// int register num=100;

	return 0;
}

這樣也是可以的：
#define DEBUG_PRINT printf("file:%s\tline:%d\t \date:%s\ttime:%s\n" ,\__FILE__,__LINE__ , \__DATE__,__TIME__ )

在define定義標(biāo)識(shí)符的時(shí)候，要不要在最后加上 ; ?
#define MAX 1000;
#define MAX 1000
當(dāng)然時(shí)不能的

除非對(duì)某長變量賦值時(shí)末尾不加；

如圖：

?3.2.3?#define 定義宏

?#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（define macro）。

下面是宏的申明方式：
#define name( parament-list ) stuff
其中的 parament-list 是一個(gè)由逗號(hào)隔開的符號(hào)表，它們可能出現(xiàn)在stuff中。
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

?問題代碼：

#define SQUARE(x) x * x


int a = 5;
printf("%d\n" ,SQUARE(a + 1));//11

?乍一看，你可能覺得這段代碼將打印36這個(gè)值。事實(shí)上，它將打印11 為什么呢？

替換文本時(shí)，參數(shù)x被替換成a + 1,所以這條語句實(shí)際上變成了：

a + 1 * a + 1 

這樣就比較清晰了，由替換產(chǎn)生的表達(dá)式并沒有按照預(yù)想的次序進(jìn)行求值。
在宏定義上加上兩個(gè)括號(hào)，這個(gè)問題便輕松的解決了：

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

?定義中我們使用了括號(hào)，想避免之前的問題，但是這個(gè)宏可能會(huì)出現(xiàn)新的錯(cuò)誤

int a = 5;
printf("%d\n" ,10 * DOUBLE(a));

?這將打印什么值呢？
warning：
看上去，好像打印100，但事實(shí)上打印的是55.
我們發(fā)現(xiàn)替換之后：

10 * (5) + (5)

乘法運(yùn)算先于宏定義的加法，所以出現(xiàn)了55

這個(gè)問題，的解決辦法是在宏定義表達(dá)式兩邊加上一對(duì)括號(hào)就可以了

#define DOUBLE(x) ((x) + (x))

所以用于對(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

?3.2.4#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文本的位置。對(duì)于宏，參數(shù)名被他們的值所替換。
3. 最后，再次對(duì)結(jié)果文件進(jìn)行掃描，看看它是否包含任何由#define定義的符號(hào)。如果是，就重復(fù)上述處理過程。

注意：
1. 宏參數(shù)和#define 定義中可以出現(xiàn)其他#define定義的符號(hào)。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

3.25#和##
?

?1.#

char* p = "hello ""word\n";
printf("hello"" word\n");
printf("%s", p);

此處二者輸出依舊位helloword

這里只有當(dāng)字符串作為宏參數(shù)的時(shí)候才可以把字符串放在字符串中。
另外一個(gè)技巧是：
使用 # ，把一個(gè)宏參數(shù)變成對(duì)應(yīng)的字符串

#include <stdio.h>

#define PRINT(N) printf("The value of "#N" is %d\n",N)
int main()
{
	int a = 10;
	int b = 20;

	PRINT(a);
	PRINT(b);

	return 0;
}

?

#include <stdio.h>

#define PRINT(N,format) printf("The value of "#N" is "format"\n",N)
int main()
{
	int a = 20;
	double pai = 3.14;

	PRINT(a, "%d");
	PRINT(pai, "%lf");

	return 0;
}

2.##

?##可以把位于它兩邊的符號(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。

#include <stdio.h>

#define CAT(name,num) name##num
int main()
{
	int class105 = 105;
	printf("%d\n",CAT(class,105));//合并->class105->%d->105

	return 0;
}

?

?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

3.2.6 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

MAX宏可以證明具有副作用的參數(shù)所引起的問題。

#include <stdio.h>

#define MAX(a, b) ( (a) > (b) ? (a) : (b) )
int main()
{
	int x = 5;
	int y = 8;
	int z = MAX(x++, y++);
	printf("x=%d y=%d z=%d\n", x, y, z);//輸出的結(jié)果是什么？

	return 0;
}

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

結(jié)果是：

z = ( (x++) > (y++) ? (x++) : (y++));
第一個(gè)x
x++ -> 5
第一個(gè)y
y++ -> 9

第二個(gè)進(jìn)行xy比較
x++ <y++ -> 6<9 (只用于比較)

z=y=9 

?所以要避免這樣寫

3.2.7 宏和函數(shù)對(duì)比
?

?宏通常被應(yīng)用于執(zhí)行簡單的運(yùn)算

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

那為什么不用函數(shù)來完成這個(gè)任務(wù)？
原因有二：
????????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。反之這個(gè)宏怎可以適用于整形、長整型、浮點(diǎn)型等可以用于>來比較的類型。宏是類型無關(guān)的。

宏的缺點(diǎn)：當(dāng)然和函數(shù)相比宏也有劣勢的地方：
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度。
2. 宏是沒法調(diào)試的.

3. 宏由于類型無關(guān)，也就不夠嚴(yán)謹(jǐn)。
4. 宏可能會(huì)帶來運(yùn)算符優(yōu)先級(jí)的問題，導(dǎo)致程容易出現(xiàn)錯(cuò)。

宏有時(shí)候可以做函數(shù)做不到的事情。比如：宏的參數(shù)可以出現(xiàn)類型，但是函數(shù)做不到。
?

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#define MALLOC(num,type) (type* )malloc(num*sizeof(type))
int main()
{
	// 每次要都要重新申請(qǐng)空間
	int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));

	//用#define簡化
	MALLOC(10,int);
	//int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));

	return 0;
}

3.2.8 命名約定

?一般來講函數(shù)的宏的使用語法很相似。所以語言本身沒法幫我們區(qū)分二者。
那我們平時(shí)的一個(gè)習(xí)慣是：
????????????????把宏名全部大寫
????????????????函數(shù)名不要全部大寫

3.3 #undef ?

這條指令用于移除一個(gè)宏定義。

#undef NAME
//如果現(xiàn)存的一個(gè)名字需要被重新定義，那么它的舊名字首先要被移除。

?

3.4 條件編譯 ?

?在編譯一個(gè)程序的時(shí)候我們?nèi)绻獙⒁粭l語句（一組語句）編譯或者放棄是很方便的。因?yàn)槲覀?strong>有條件編譯指令。

?1. # if ~#endif

#if +常量表達(dá)式

#include <stdio.h>
#define __DEBUG__ 1
int main()
{
	
	int arr[10] = { 0 };
	int i = 0;
	for (i = 0;i < 10;i++)
	{
		arr[i] = i + 1;
#if 1+2
		printf("%d\n",arr[i]);

#endif

#if __DEBUG__ //常量表達(dá)式
		printf("%d\n", arr[i]);

#endif

	}
	return 0;
}

?2.多分枝條件編譯

#if 常量表達(dá)式
//...
#elif 常量表達(dá)式
//...
#else
//...
#endif

?

?3.判斷是否被定義

#include <stdio.h>

#define MAX 0
int main()
{
#if defined(MAX)
	printf("hehe");
#endif

#ifdef MAX //與 #if defined(MAX)效果相同
	printf("hehe");
#endif

	return 0;
}

?4.嵌套指令

?3.5 文件包含

我們已經(jīng)知道， #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。
這種替換的方式很簡單：
預(yù)處理器先刪除這條指令，并用包含文件的內(nèi)容替換。這樣一個(gè)源文件被包含10次，那就實(shí)際被編譯10次。

3.5.1 頭文件被包含的方式：
?

本地文件包含:

#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
?

1.Linux環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)頭文件的路徑：
/usr/include

2.VS環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)頭文件的路徑：
C:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio 12.0\VC\include
//這是VS2013的默認(rèn)路徑

3.庫文件包含
#include <filename.h>

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。這樣是不是可以說，對(duì)于庫文件也可以使用 “ ” 的形式包含？答案是肯定的，可以
?但是這樣做查找的效率就低些，當(dāng)然這樣也不容易區(qū)分是庫文件還是本地文件了。

?

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)。

那我們又改如何解決這些問題題呢？其實(shí)我們就可以用我們剛剛學(xué)的條件編譯去解決這個(gè)問題。

#ifndef __TEST_H__ //如果是第一次定義該符號(hào)
//為真進(jìn)行定義，若為假則跳過

#define __TEST_H__ 
//頭文件的內(nèi)容
#endif   //__TEST_H__

?或者：

#pragma once

?這樣我們就能避免頭文件的重復(fù)引用。

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