【C语言进阶】程序环境和预处理

目录

1.翻译环境

1.2 预编译

1.3 编译

1.4 汇编

1.5 链接 

2.运行环境

3. 预处理详解

3.1 预定义符号

3.2 define定义标识符

3.3 #define定义宏 

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1.翻译环境

        所谓翻译环境，就是在这个环境中源代码被翻译成可执行的机器指令。

        多个源文件经过编译器生成各自目标文件，最后这些目标文件需要链接器进行链接生成一个可执行程序。

1.2 预编译

编译分为三个阶段：预编译、编译、汇编。

 为了能更好地演示，这里使用linux中的gcc编译器来展示。

①首先我们编写好一段代码,使用gcc test.c -E -o test.i对源文件进行预编译，输出内容放到test.i中；我们发现预编译之后生成的文件中，除了本身的源码还掺杂了一堆其他的东西。

普通的代码：

#include<stdio.h>// 全局变量
int gval = 2025;
int Add()
{return x + y;
}
int main()
{int arr[] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};int i = 0;for(i = 0; i < 10;i++){printf("%d\n",arr[i]);}return 0;
}

预编译之后的结果：

 

 

②因为源文件只包含了stdio.h，那么我们就去头文件中寻找，结果发现两者有相同之处；所以我们断定在预处理/预编译阶段就会把头文件全部包含在源码之中。

③增加代码中规定注释和宏定义，再次进行预编译； 

#include<stdio.h>// 全局变量
int gval = 2025;
#define MAX 100
int Add()
{return x + y;
}// 一个平平无奇的注释
int main()
{int m = MAX;int arr[] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};int i = 0;for(i = 0; i < 10;i++){printf("%d\n",arr[i]);}return 0;
}

观察预编译结果：宏定义已经直接替换，注释也不见了。

总结： 在预处理阶段，做的都是一些文本操作。

1.3 编译

       ① 使用gcc test.i -S 对预编译文件进行编译或者直接对源文件进行编译；

上面的代码故意留了一个小问题，此时编译的时候报错，那么我们可以总结编译作用的第一条：根据语法语义对代码进行分析。

②打开编译之后生成的代码，发现已经将源码转换成了汇编代码。这里的转换其中包含词法分析、语法分析、符号汇总（全局变量汇总）、语义分析。

1.4 汇编

①使用gcc test.s -c 对代码进行汇编，生成目标文件。打开目标文件发现是二进制文件，如果正常使用文本编辑器是乱码。

②所以汇编可以将汇编代码转换成二进制指令。

③ 此时会生成符号表，类似于将地址与全局函数进行关联绑定。符号表在链接阶段会使用到。

1.5 链接 

①合并段表；

数据的存储需要按照某种格式，那么linux是按照elf格式进行分段存储的，这里需要把相同的数据段进行合并，未来只需要对这个合并的文件进行链接即可。

②符号表的合并和重定位。

在汇编期间生成了多个符号表，有的符号表没有意义（类似于声明函数，其实没有分配空间），那么这种符号表就会进行合并，选择有效的地址进符号表。符号表的存在使得多个文件能够进行关联。   

2.运行环境

  程序执行过程：

①程序载入内存中，在有操作系统的环境中，由操作系统完成，若在独立环境中，程序的载入需要手动安排（烧录嵌入式板子），也可以通过可执行代码置入只读内存来完成。

②程序的执行开始调用main函数。

③程序使用运行时堆栈（stack），存储函数的局部变量和返回地址，程序同时可以使用静态内存，存储在静态内存的值在程序运行过程中始终保留值。

④终止程序，正常终止main函数；也可能是意外终止。

3. 预处理详解

3.1 预定义符号

这些符号可以直接使用，C语言原生自带。

 简单进行使用：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<stdio.h>int main() 
{printf("file:%s line=%d date:%s time:%s ",__FILE__,__LINE__,__DATE__,__TIME__);return 0;
}

输出结果：

这些 预定义符号可以用于日志的记录：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<stdio.h>int main() 
{FILE* ps = fopen("log.txt","w");if (ps == NULL){perror("fopen");return 1;}fprintf(ps,"file:%s line=%d date:%s time:%s ",__FILE__,__LINE__,__DATE__,__TIME__);fclose(ps);ps = NULL;return 0;
}

3.2 define定义标识符

语法：

        #define name stuff 

        几乎所有基本类型都可以使用define定义，需要注意的是，不要在define定义最后加分号 ，这样会引起很多不必要的误会。

#include<stdio.h>
#define MAX 1000
#define STR "hello"
#define print printf("hehe\n")int main()
{int m = MAX;print;printf("%s\n",STR);return 0;
}

3.3 #define定义宏 

        待续......