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📚系列专栏：C语言

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目录

一、程序的翻译环境和执行环境

二、详解编译和链接

2.1翻译环境

2.2编译的过程

 2.3运行环境

三、预处理详解 

3.1预定义符号

 3.2#define

3.2.1 #define 定义标识符

 3.2.2 #define 定义宏

2.2.3 #define 替换规则

3.2.4  # 和 ##

3.2.5 带副作用的宏参数

3.2.6 宏和函数对比

3.2.7 命名约定

3.3 #undef

3.4 命令行定义

3.5 条件编译

3.6 文件包含

3.6.1 头文件被包含的方式：

3.6.2 嵌套文件包含

🗒️前言

一、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。

说明：计算机能够执行的是二进制指令。但是我们写出的C语言代码是文本信息，计算机不能直接理解，所以通过翻译环境，将C语言代码转化成二进制的指令（可执行程序），在通过执行环境来执行二进制指令。

二、详解编译和链接

2.1翻译环境

2.2编译的过程

我们可以在Linux系统上，使用 gcc 这个编译器演示整个过程。我们可以通过指令观察每个过程做了什么。

预编译：test.c -E -o test.i

-E 是让编译器进行完预编译就停止，然后输出的结果放进test.i文件。

预编译的功能：

• 注释的删除
• #include 头文件的包含
• #define 符号的替换

说明：所有的预处理指令都是在预处理阶段处理的。

编译：gcc -S test.c

编译完成之后就停下来，结果保存在test.s中。

编译的功能：

• 把C语言代码翻译成汇编指令

编译过程中，会进行语法分析，词法分析，语义分析，符号汇总。

 汇编 gcc -c test.c

汇编完成之后就停下来，结果保存在test.o中。（test.o就是目标文件）

汇编的功能：

• 把汇编代码翻译成二进制的指令，放进目标文件。

链接 gcc test.o -o test 

 Linux 环境下 gcc 编译产生的目标文件 test.o ,可执行程序 test 都是按照 ELF 这种文件的格式来存储的。ELF 会把文件分成各种各样的段，这时就需要链接来合成这些段表.

链接的功能：

• 合并段表
• 符号表的合并和符号表的重定位

 2.3运行环境

程序执行的过程：

三、预处理详解 

3.1预定义符号

 在 gcc 环境中，经过预处理，对符号进行了替换。

 3.2#define

3.2.1 #define 定义标识符

 例如：

#define M 100
#define STR "abc"

int main()
{
	printf("%d\n", M);
	printf("%s\n", STR);
	return 0;
}

注意： 在define定义标识符的时候，在最后不要加‘；’，否则会出现错误。

 3.2.2 #define 定义宏

 宏的申明方式：

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。

例如：
 

#define SQUARE(x) x*x

int main()
{
	int a = 3;
	int n = SQUARE(a + 2);
	printf("%d\n", n);
	return 0;
}

 我们想得到的结果是25，这里得到的为什么是11呢？

 注意：在写宏时，我们要把每个参数用括号扩起来，同时宏整体也要扩起来 。

2.2.3 #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，参数名被他们的值所替换。
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：

• 宏参数和#define 定义中可以出现其他#define定义的符号。但是对于宏，不能出现递归。
• 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。

3.2.4  # 和 ##

使用 # ，把一个宏参数变成对应的字符串

#define PRINT(n,format) printf("the value of "#n" is "format"\n",n);

int main()
{
	int a = 3;
	PRINT(a, "%d");

	int b = 5;
	PRINT(b, "%d");

	float c = 10.0;
	PRINT(c, "%f");
}

使用 ##，把位于它两边的符号合成一个符号

#define CAT(x,y) (x##y)

int main()
{
	int a110 = 2023;
	printf("%d\n", CAT(a, 110));
}

3.2.5 带副作用的宏参数

这段代码的结果是什么呢？ 

#define MAX(x, y) ( (x) > (y) ? (x) : (y) )

int main()
{
	int a = 5;
	int b = 6;
	int c = MAX(a++, b++);
	printf("a=%d\n", a);
	printf("b=%d\n", b);
	printf("c=%d\n", c);
	return 0;
}

 宏参数代替后：

int c = MAX(a++, b++);
int c =(a++)>(b++)?(a++):(b++);

 a和b都是后置++，所以都是先使用，后++。

 注意：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。

3.2.6 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。

不用函数来完成这个任务的原因：

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。

使用宏来计算最大值的汇编代码和用函数计算最大值的汇编代码的对比：

宏的缺点：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。 
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。

宏和函数的一个对比

3.2.7 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：

3.3 #undef

这条指令用于移除一个宏定义。

#include <stdio.h>

#define MAX(x,y) ((x)>(y)?(x):(y))

int main()
{
	int n = MAX(3, 5);
	printf("%d\n", n);
#undef MAX
	int n = MAX(10, 5);
	printf("%d\n", n);
	return 0;
}

当程序编译时会报错。

3.4 命令行定义

编译指令：

3.5 条件编译

 在编译一个程序的时候我们如果要将一条语句（一组语句）编译或者放弃是很方便的。因为我们有条件编译指令，条件满足就编译，条件不满足就不编译。

常见的条件编译指令：

1.单个条件编译

#define M 1
int main()
{
#if M==1
	printf("hehe\n");
#endif
}

 说明：if语句和#if不同，#if 表达式为假，在预处理阶段就会将代码删除。

 2.多个分支的条件编译

 3.判断是否被定义

如果定义了就执行

 如果没有定义就执行

 4.嵌套指令

3.6 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。

3.6.1 头文件被包含的方式：

本地文件包含：

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：

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。

对于库文件也可以使用 “” 的形式包含。 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。

3.6.2 嵌套文件包含

当头文件重复包含，在预处理阶段就会重复保存文件中的内容，这样大大降低了工作效率。为了解决头文件重复包含的问题，我们可以使用条件编译。

#ifndef  TEST_H
#define  TEST_H
    //头文件的内容
#endif   //__TEST_H__

解读：如果没有定义TEST_H，就执行下面的语句，第一次调用，一定没有定义TEST_H，所以执行下面的语句，定义TEST_H，头文件中的内容参与编译；当第二次在调用时，已经定义了 TEST_H，下面的代码不参与编译。