程序环境和预处理 真正的认识C语言

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程序环境和预处理  真正的认识C语言

「这是我参与11月更文挑战的第25天,活动详情查看:2021最后一次更文挑战

程序环境和预处理

程序的翻译环境和执行环境

在ANSI C的任何一种实现中,存在两个不同的环境

第一种是翻译环境,在这个环境中源代码被转换为可执行的机器指令

第二种是执行环境,他用于实际执行代码

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详解编译+链接

编译环境

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组成一个程序的每个源文件通过编译过程分别转换成目标代码(object code)。 每个目标文件由链接器(linker)捆绑在一起,形成一个单一而完整的可执行程序。 链接器同时也会引入标准C函数库中任何被该程序所用到的函数,而且它可以搜索程序员个人的程序库,将其需要的函数也链接到程序中。

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预处理详解

预定义符号

__FILE__    //进行编译的源文件
__LINE__   //文件当前的行号
__DATE__   //文件被编译的日期
__TIME__   //文件被编译的时间
__STDC__   //如果编译器遵循ANSI C,其值为1,否则未定义
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这些预定义符号都是语言内置的

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但是gcc是支持的 gcc对c语言的支持非常好

#define

在c语言中#define是可以做两件事的

#define 定义符号

语法:#define name stuff

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#define MAX 1000
#define reg register      //为 register这个关键字,创建一个简短的名字
#define do_forever for(;;)   //用更形象的符号来替换一种实现
#define CASE break;case     //在写case语句的时候自动把 break写上。
// 如果定义的 stuff过长,可以分成几行写,除了最后一行外,每行的后面都加一个反斜杠(续行符)。
#define DEBUG_PRINT printf("file:%s\tline:%d\t \
             date:%s\ttime:%s\n" ,\
             __FILE__,__LINE__ ,    \
             __DATE__,__TIME__ )
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注意

在define定义标识符的时候,要不要在最后加上;

#define MAX 1000;
#define MAX 1000
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#define 定义宏

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#define 机制包括了一个规定,允许把参数替换到文本中,这种实现通常称为宏(macro)或定义宏(define macro)。

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我宏不加括号会咋样

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是不是觉的可以了,好我们就用你那个括号看看少了什么

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这恰恰也就证明了预处理(编译)只是进行文本操作

注意

参数列表的左括号必须与name紧邻。如果两者之间有任何空白存在,参数列表就会被解释为stuff的一部分。

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define和typedef的区别

一个是替换另一个是重定义

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有一个题目

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#define替换规则

在程序中扩展#define定义符号和宏时,需要涉及几个步骤。

  1. 在调用宏时,首先对参数进行检查,看看是否包含任何由#define定义的符号。如果是,它们首先被替换。
  2. 替换文本随后被插入到程序中原来文本的位置。对于宏,参数名被他们的值替换。
  3. 最后,再次对结果文件进行扫描,看看它是否包含任何由#define定义的符号。如果是,就重复上述处理过程。

注意

  1. 宏参数和#define 定义中可以出现其他#define定义的变量。但是对于宏,不能出现递归。
  2. 当预处理器搜索#define定义的符号的时候,字符串常量的内容并不被搜索。
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#和##

如何把参数插入到字符串中?

使用#,把一个宏参数变成对应的字符串。

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使用##

##于它两边的符号合成一个符号。 它允许宏定义从分离的文本片段创建标识符。

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带副作用的宏参数

当宏参数在宏的定义中出现超过一次的时候,如果参数带有副作用,那么你在使用这个宏的时候就可能出现危险,导致不可预测的后果。副作用就是表达式求值的时候出现的永久性效果。

x+1;//不带副作用
x++;//带有副作用
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宏和函数对比

宏通常被应用于执行简单的运算。比如在两个数中找出较大的一个。

#define MAX(a, b) ((a)>(b)?(a):(b))
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那为什么不用函数来完成这个任务?

原因有二:
  1. 用于调用函数和从函数返回的代码可能比实际执行这个小型计算工作所需要的时间更多。所以宏比函数在程序的规模和速度方面更胜一筹。
  2. 更为重要的是函数的参数必须声明为特定的类型。所以函数只能在类型合适的表达式上使用。反之这个宏怎可以适用于整形、长整型、浮点型等可以用于>来比较的类型。宏是类型无关的。
当然和函数相比宏也有劣势的地方:
  1. 每次使用宏的时候,一份宏定义的代码将插入到程序中。除非宏比较短,否则可能大幅度增加程序的长度。
  2. 宏是没法调试的。(因为我们调试是在运行阶段调试的,宏是在编译阶段就替换了)
  3. 宏由于类型无关,也就不够严谨。
  4. 宏可能会带来运算符优先级的问题,导致程容易出现错。

宏有时候可以做函数做不到的事情。比如:宏的参数可以出现类型,但是函数做不到。

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宏和函数的一个对比

属性#define定义宏函数
代码长度每次使用时,宏代码都会被插入到程序中。除了非常小的宏之外,程序的长度会大幅度增长函数代码只出现于一个地方;每次使用这个函数时,都调用那个地方的同一份代码
执行速度更快存在函数的调用和返回的额外开销,所以相对慢一些
操作符优先级宏参数的求值是在所有周围表达式的上下文环境里,除非加上括号,否则邻近操作符的优先级可能会产生不可预料的后果,所以建议宏在书写的时候多些括号。函数参数只在函数调用的时候求值一次,它的结果值传递给函数。表达式的求值结果更容易预测。
带有副作用的参数参数可能被替换到宏体中的多个位置,所以带有副作用的参数求值可能会产生不可预料的结果。函数参数只在传参的时候求值一次,结果更容易控制。
参数类型宏的参数与类型无关,只要对参数的操作是合法的,它就可以使用于任何参数类型。函数的参数是与类型有关的,如果参数的类型不同,就需要不同的函数,即使他们执行的任务是不同。
调试宏是不方便调试的函数是可以逐语句调试的
递归宏是不能递归的函数是可以递归的

命名约定

一般来讲函数的宏的使用语法很相似。所以语言本身没法帮我们区分二者。 那我们平时的一个习惯是: 把宏名全部大写 函数名不要全部大写

#undef

这条指令用于移除一个宏定义

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命令行定义(VS不支持,linux这个电脑没有哈哈下面就是概念自己看)

许多C 的编译器提供了一种能力,允许在命令行中定义符号。用于启动编译过程。

例如:当我们根据同一个源文件要编译出不同的一个程序的不同版本的时候,这个特性有点用处。(假定某个程序中声明了一个某个长度的数组,如果机器内存有限,我们需要一个很小的数组,但是另外一 个机器内存大写,我们需要一个数组能够大写。)

条件编译

满足条件代码就参与编译,不满足条件,代码就不参与编译

比如说:

调试性的代码,删除可惜,保留又碍事,所以我们可以选择性的编译。

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常见的条件编译指令

#if 常量表达式

#if 常量表达式
//...
#endif
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注意

必须是常量表达式,变量是不行的

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自己想想为什么只能是常量:这些变量是在运行的时候才会创建,但是#if 是在什么时候处理的呢,是在预编译阶段就处理好了,在创建这个局部变量的前面就处理好了

常量表达式由预处理器求值。

//常量表达式由预处理器求值。
#define __DEBUG__ 1
#if __DEBUG__
//..
#endif
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多个分支的条件编译

#if 常量表达式
//...
#elif 常量表达式
//...
#else
//...
#endif
复制代码
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判断是否被定义

#if defined(symbol)
#ifdef symbol
#if !defined(symbol)
#ifndef symbol
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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
复制代码

文件包含

我们已经知道, #include 指令可以使另外一个文件被编译。就像它实际出现于 #include 指令的地方一样。 这种替换的方式很简单: 预处理器先删除这条指令,并用包含文件的内容替换。 这样一个源文件被包含10次,那就实际被编译10次。

头文件被包含的方式

本地文件包含

#include "filename"
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查找策略:先在源文件所在目录下查找,如果该头文件未找到,编译器就像查找库函数头文件一样在标准位置查找头文件。如果找不到就提示编译错误。

库文件包含

#include <filename.h>
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查找头文件直接去标准路径下去查找,如果找不到就提示编译错误。 这样是不是可以说,对于库文件也可以使用 “” 的形式包含? 答案是肯定的,可以。 但是这样做查找的效率就低些,当然这样也不容易区分是库文件还是本地文件了。

嵌套文件包含

见我单片机那一偏博客应该详细一点

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