程序環(huán)境和預(yù)處理

本章重點

• 程序的編譯環(huán)境
• 程序的執(zhí)行環(huán)境
• 詳解：C語言程序的編譯加鏈接
• 預(yù)定義符號介紹
• 預(yù)處理指令#define
• 宏和函數(shù)的對比
• 預(yù)處理操作符#和##的介紹
• 命令定義
• 預(yù)處理指令#include
• 預(yù)處理指令#undef
• 條件編譯

程序的編譯環(huán)境和執(zhí)行環(huán)境

在ANSIC的任何一種實現(xiàn)中，存在兩種不同的環(huán)境：

第一種是翻譯環(huán)境，在這個環(huán)境中源代碼被轉(zhuǎn)換為可執(zhí)行的機器指令

第二種是執(zhí)行環(huán)境，它用于實際執(zhí)行代碼

詳解編譯+鏈接

• 組成一個程序的每個源文件通過編譯過程分別轉(zhuǎn)換成目標(biāo)代碼（object code）
• 每個目標(biāo)文件由鏈接器捆綁在一起，形成一個單一而完整的可執(zhí)行程序
• 鏈接器同時也會引入標(biāo)準(zhǔn)C函數(shù)庫中任何被該程序所用到的函數(shù)，而且他可以搜索程序猿個人的程序庫，將其需要的函數(shù)也鏈接到程序中

編譯本身也分為幾個階段

如何查看編譯期間每一步都發(fā)生了什么呢？

1. 預(yù)處理選項gcc -E test.c -o test.i預(yù)處理完成后停下來，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

運行環(huán)境

程序執(zhí)行過程：

1. 程序必須載入內(nèi)存中。在有操作系統(tǒng)的環(huán)境中：一般這個由操作系統(tǒng)完成。在獨立的環(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。接著調(diào)用main函數(shù)。
3. 開始執(zhí)行程序代碼。這個時候的程序?qū)⑹褂靡粋€運行時堆棧，存儲函數(shù)的局部變量和返回地址。程序同時也是用靜態(tài)內(nèi)存（static），存儲靜態(tài)內(nèi)存中的變量在程序的整個執(zhí)行過程中一直保留他們的值
4. 終止程序。正常終止main函數(shù)；也有可能是意外終止

預(yù)處理詳解

預(yù)定義符號

#include <stdio.h>

int main() {
	printf("%s\n", __FILE__);// 進行編譯的源文件
	printf("%d\n", __LINE__);// 文件當(dāng)前的行號
	printf("%s\n", __DATE__);// 文件被編譯的日期
	printf("%s\n", __TIME__);// 文件被編譯的時間
	printf("%s\n", __STDC__);// 如果編譯器遵循ANSIC，其值為1， 否則未定義
}

#define

#define定義標(biāo)識符

#define MAX 1000
#define reg register //為 register這個關(guān)鍵字，創(chuàng)建一個簡短的名字
#define do_forever for(;;) //用更形象的符號來替換一種實現(xiàn)
#define CASE break;case //在寫case語句的時候自動把 break寫上。
// 如果定義的 stuff過長，可以分成幾行寫，除了最后一行外，每行的后面都加一個反斜杠(續(xù)行符)。
#define DEBUG_PRINT printf("file:%s\tline:%d\t \
							date:%s\ttime:%s\n" ,\
							__FILE__,__LINE__ , \
								__DATE__,__TIME__ )

在define定義的時候，要不要在最后加上;？

不要加，這樣會導(dǎo)致語法錯誤

#define定義宏

#define 機制包括了一個規(guī)定，允許把參數(shù)替換到文本當(dāng)中，這種實現(xiàn)稱為宏或定義宏

下面是宏的申明方式：

#define name(parament-list) stuff

? 其中parament-list是一個由逗號隔開的符號表，它們可能出現(xiàn)在stuff當(dāng)中

注意：

參數(shù)列表的左括號必須與name緊鄰。

如果兩者之間有任何的空白存在，參數(shù)列表就會被解釋為stuff的一部分。

如：

#define SQUARE(X) X * X

這個宏接收一個參數(shù)X.如果在上述聲明之后，你把

SQARE(5);

置于程序中，預(yù)處理就會用下面這個表達式替換上面的表達式：

5 * 5;

警告：

這個宏存在一個問題：觀察下面的代碼：

int a = 5;
printf("%d ", SQARE(a + 1));

突然看到，我們可能會覺得這個程序打印36，事實上打印的卻是11，這是為什么？

替換時，參數(shù)X被替換成了a+1,所以這條語句實際上變成了：

printf("%d\n", a + 1 * a + 1);

這樣就可以清晰地看到了，由替換產(chǎn)生地表達式并沒有按照預(yù)想的次序進行求值。在宏定義地時候加上兩個括號，這個問題就輕松地解決了：

#define SQUARE(X) (X) * (X);

這樣預(yù)處理之后就產(chǎn)生了預(yù)期地效果：

printf("%d\n", (a + 1) * (a + 1));

提示：

所以用于數(shù)值表達式進行求值的宏定義都應(yīng)該用這種方式加上括號，避免在使用宏時由于參數(shù)中的操作符或鄰近操作符之間不可預(yù)料的相互作用。

#define替換規(guī)則

在程序中擴展#define定義符號和宏時，需要涉及幾個步驟：

1. 在調(diào)用宏的時候，首先對參數(shù)進行檢查，看看是否包含任何由#define定義的符號。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。對于宏，參數(shù)名被他們的值所替換。
3. 最后，再次對結(jié)果進行掃描，看看是否包含由#define定義的符號。如果是，就重復(fù)上述過程。

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。但是對于宏，不能出現(xiàn)遞歸。
2. 當(dāng)預(yù)處理器搜索#define定義的符號的時候，字符串常量的內(nèi)容并不被搜索。

#和##

如何把參數(shù)插入到字符串中？

首先我們看看這個代碼：

char* p = "hello ""bit\n";
printf("hello "" bit\n");
printf("%S", p);

這里的輸出是：

hello bit?

我們發(fā)現(xiàn)字符串是有自動連接功能的。

1. 那我們是不是可以寫出這樣的代碼？

#define PRINT(FORMAT, VALUE)
	printf("the value is "FORMAT"\n", VALUE);
PRINT("%d", 10);

這里只有當(dāng)字符串作為宏參數(shù)的時候才可以把字符串放在字符創(chuàng)當(dāng)中。

2. 另一個技巧就是：

使用#,把一個宏參數(shù)變成對應(yīng)的字符串。

比如：

int i = 10;
#define PRINT(FORMAT, VALUE);
	printf("the value of "#VALUE" is "FORMAT"\n", VALUE);
PRINT("%d", i + 3);

最終的結(jié)果應(yīng)該是：

the value of i + 3 is 13

##的作用

##可以把位于它兩邊的符號合成一個符號。它允許宏定義從分離的文本片段創(chuàng)建標(biāo)識符

#define ADD_TO_SUM(name, value);
	sum##num += value;
...
ADD_TO_SUM(5,10);//作用是給sum5增加到10

注：這樣的連接必須產(chǎn)生一個合法的標(biāo)識符。否則其結(jié)果就是未定義的。

帶副作用的宏參數(shù)

當(dāng)宏參數(shù)在宏的定義中出現(xiàn)超過一次的時候，如果參數(shù)帶有副作用，那么你在使用這個宏的時候就可能出現(xiàn)危險，導(dǎo)致不可預(yù)測的結(jié)果。副作用就是表達式求值的時候出現(xiàn)的永久性的效果

例如：

x+1;//不帶副作用
x++;//帶有副作用

樣例：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS

#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);//輸出結(jié)果是什么?
	return 0;
}

在這里我們得知道預(yù)處理器處理之后的結(jié)果是什么：

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

所以輸出的結(jié)果是：

宏和函數(shù)的對比

宏通常被應(yīng)用于執(zhí)行簡單的計算。

比如在兩個數(shù)中找出較大的一個，為什么不用函數(shù)來實現(xiàn)那？

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際執(zhí)行這個小型計算工作所需的時間更多。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式上使用。反之這個宏可以適用于整形、長整型、浮點型等可以用于來比較的類型宏與類型無關(guān)的

宏的缺點：

1. 每次使用宏的時候，一份宏定義地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. 宏時沒法調(diào)試的
3. 宏由于類型無關(guān)，也不夠嚴(yán)謹(jǐn)。
4. 宏可能帶來運算符優(yōu)先級的問題，導(dǎo)致程序容易出錯。

宏有時候可以做到函數(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() {
	int* p = MALLOC(10, int);
	return 0;
}

宏和函數(shù)的一個對比

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。那我們平時的一個習(xí)慣是：

把宏名全部大寫

函數(shù)名不要全部大寫

#undef

這條指令用于移除一個宏定義。

命令行定義

許多C編譯器提供了一種能力，允許在命令行中定義符號。用于啟動編譯過程。例如：當(dāng)我們根據(jù)同一個源文件要編譯出一個程序的不同的版本的時候，這個特性有點用處。（假設(shè)某個程序中聲明了一個某個長度的數(shù)組，如果機器內(nèi)存有限，我們需要一個很小的數(shù)組，但是另一個機器內(nèi)存大些，我們需要一個數(shù)組能夠大些。）

#include <stdio.h>
int main()
{
    int array[ARRAY_SIZE];//這個地方并沒有指定ARRAY_SIZE的大小	
    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;
}

編譯指令：

gcc -D ARRAY_SIZE=10 programe.c

條件編譯

在編譯一個程序的時候我們?nèi)绻麑⒁粭l語句（一組語句）編譯或者放棄是很方便的。因為我們由條件編譯指令

#include <stdio.h>

#define __DEBUG__

int main() {
	int i = 0;
	int arr[10] = { 0 };
	for (i = 0; i < 10; i++) {
		arr[i] = i;
#ifdef __DEBUG__
		printf("%d ", arr[i]);
#endif //__DEBUG__
	}
	return 0;
}

常見的條件編譯指令

1. #if 常量表達式

#endif //常量表達式由預(yù)處理器求值

2. 過個分支的條件編譯

#if 常量表達式

#elif 常量表達式

#else

#endif

3. 判斷是否被定義

#if defined(symbol)

#ifdef symbol

4. 嵌套指令

文件包含

我們已經(jīng)知道，#include指令可以使另一個文件被編譯。就像它實際出現(xiàn)于#include指令的地方一樣。

這種替換方式很簡單：預(yù)處理器先刪除這條指令，并用包含文件的內(nèi)容替換。這樣一個源文件包含10次，那就實際編譯了10次

頭文件被包含的方式

• 本地文件包含

#include "filename";

查找策略：現(xiàn)在源文件所在的目錄下查找，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誤。

嵌套文件包含

這樣就會造成文件內(nèi)容的重復(fù)。

如何解決這個問題？

#pragma once

就可以避免頭文件的重復(fù)引入。

筆試題：

其他預(yù)處理指令

#error

#pragma文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-810882.html

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