【hello C语言】程序环境和预处理
目录
1. 程序的翻译环境和执行环境
2. 详解编译和链接
2.1 翻译环境：
2.2 翻译过程：
2.3 运行环境：
3. 预处理详解
3.1 预定义符号
3.2 #define
3. #define 替换规则
4. # 和 ##
5. 带副作用的宏参数
6. 宏和函数的对比
7. 命名约定
8. #undef
9. 命令行定义
10. 条件编译
11. 文件包含
11.1 头文件被包含的方式：
C语言🛴
1. 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1种是翻译环境，在这种环境中源代码被转换为可执行的机器指令。第2种是执行环境，它用于实际执行代码。
2. 详解编译和链接
2.1 翻译环境：
1. 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）。
2. 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。3. 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。
2.2 翻译过程：
1. 预处理
功能：头文件的展开、宏替换、条件编译、去掉注释
可以在Linux环境下使用如下命令进行查看：
gcc -E 文件名.c -o 文件名.i文件名.c：要预处理的C语言源程序；
文件名.i：预处理之后的文件；
经过预处理后.i文件会变得很大，因为涉及到文件的展开的、宏替换等；
2. 编译
功能：语法分析、词法分析、语义分析、符号汇总
可以在Linux环境下使用如下命令进行查看：
gcc -S 文件名.i -o 文件名.s文件名.i：要编译的文件；
文件名.s：编译之后的文件；
经过编译后.s文件是一个利用汇编编写的文件；
3. 汇编
功能：形成符号表
可以在Linux环境下使用如下命令进行查看：
gcc -c 文件名.s -o 文件名.o文件名.s：要汇编的文件；
文件名.o：汇编之后的文件；
经过汇编后.o文件是一个二进制文件；
4. 链接
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：
1. 程序必须载入内存中。
在有操作系统的环境中：一般这个由操作系统完成。在独立的环境中，程序的载入必须由手工安排，也可能是通过可执行代码置入只读内存来完成。
2. 程序的执行便开始。
接着便调用main函数。
3. 开始执行程序代码。
这个时候程序将使用一个运行时堆栈（stack），存储函数的局部变量和返回地址。程序同时也可以使用静态（static）内存，存储于静态内存中的变量在程序的整个执行过程一直保留他们的值。
4. 终止程序。
正常终止main函数；也有可能是意外终止。
3. 预处理详解
3.1 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，否则未定义这些预定义符号都是语言内置的。 举个栗子：
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>int main()
{printf("file:%s line:%d date:%s time:%s \\n", \\__FILE__, __LINE__, __DATE__, __TIME__);return 0;
}
3.2 #define
1. #define 定义标识符
语法：#define name stuff
举个例子：
#define MAX 100
#define reg register //为 register这个关键字，创建一个简短的名字
#define do_dorever 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__ ) 注意：
上述语句最后不要加上;
例如：
#define MAX 100;这种是错误的
2. #define 定义宏
#defifine 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（defifine macro）。
语法：#define name(parament-list) stuff
其中 parament-list 是一个逗号隔开的符号表，他们可能出现在 stuff 中
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。
看个ADD宏的定义：
#define ADD(x,y) ((x)+(y))这里每个参数都是需要加 () 的，因为宏就是一个整体替换，如果不加 () 则会造成一些意想不到的错误。
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#defifine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。
4. # 和 ##
如何把参数插入到字符串中？
首先我们看看这样的代码：
char* p = "hello ""bit\\n";
printf("%s", p);
我们发现字符串是有自动连接的特点的。
那我们是不是可以写这样的代码？：
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>#define PRINT(FORMAT, VALUE) printf("the value is "FORMAT"\\n", VALUE)int main()
{PRINT("%d", 10);return 0;
}
这里只有当字符串作为宏参数的时候才可以把字符串放在字符串中。
另外一个技巧是：
使用 # ，把一个宏参数变成对应的字符串。 比如：
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>#define PRINT(FORMAT, VALUE) printf("the value of " #VALUE " is "FORMAT "\\n", VALUE)int i = 10;
int main()
{PRINT("%d", i + 3);return 0;
}
##的作用
##可以把位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。
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>#define ADD_TO_SUM(num, value) sum##num += valueint main()
{int sum5 = 0;ADD_TO_SUM(5, 10);printf("%d\\n", sum5);return 0;
}
注意： 这样的连接必须产生一个合法的标识符。否则其结果就是未定义的。
5. 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。
例如：
x+1; //不带副作用
x++; //带有副作用MAX宏可以证明具有副作用的参数所引起的问题。
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#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);return 0;
}
这里我们得知道预处理器处理之后的结果是什么：
z = ( (x++) > (y++) ? (x++) : (y++));因此不要使用上述写法
6. 宏和函数的对比
1. 从代码长度来说：
宏：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：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；
2. 从执行速度来说：
宏：更快；
函数：存在函数的调用和返回的额外开销，所以相对慢一些；
3. 从操作符优先级来说
宏：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：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。
4. 从带有副作用的参数来说
宏：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：函数参数只在传参的时候求值一次，结果更容易控制。
5. 从参数类型来说
宏：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：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的。
6. 从调试来说
宏：宏是不方便调试的；
函数：函数是可以逐语句调试的
7.从递归来说
宏：宏是不能递归的；
函数：函数是可以递归的
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：
把宏名全部大写 函数名不要全部大写
8. #undef
这条指令用于移除一个宏定义。
#undef NAME
//如果现存的一个名字需要被重新定义，那么它的旧名字首先要被移除9. 命令行定义
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。）
#include <stdio.h>
int main()
{
int array [ARRAY_SIZE];
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;
}编译指令：
gcc -D ARRAY_SIZE=10 programe.c10. 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。
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。
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
#define __DEBUG__ 1int main()
{int i = 0;int arr[10] = { 0 };for (i = 0; i < 10; i++){arr[i] = i;
#ifdef __DEBUG__printf("%d\\n", arr[i]);//为了观察数组是否赋值成功。
#endif //__DEBUG__}
}
常见的条件编译指令：
1.
#if 常量表达式//...
#endif
//常量表达式由预处理器求值。
如：
#define __DEBUG__ 1
#if __DEBUG__//..
#endif2.多个分支的条件编译
#if 常量表达式//...
#elif 常量表达式//...
#else//...
#endif3.判断是否被定义
#if defined(symbol)
#ifdef symbol#if !defined(symbol)
#ifndef symbol4.嵌套指令
#if defined(OS_UNIX)#ifdef OPTION1unix_version_option1();#endif#ifdef OPTION2unix_version_option2();#endif
#elif defined(OS_MSDOS)#ifdef OPTION2msdos_version_option2();#endif
#endif11. 文件包含
11.1 头文件被包含的方式：
1.本地文件包含
#include "filename"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。
linux环境的标准头文件的路径：
/usr/includeVS环境的标准头文件的路径：
C:\\Program Files (x86)\\Microsoft Visual Studio 9.0\\VC\\include注意按照自己的安装路径去找。
2. 库文件包含
#include <filename.h>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？
答案肯定是可以。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。
3. 嵌套文件包含
如果一个项目多次包含同一头文件，预处理时那么实际这个头文件被编译多次。
如何解决这个问题呢？
条件编译：
每个头文件的开头写：
#ifndef __TEST_H__
#define __TEST_H__
//头文件的内容
#endif //__TEST_H__或者：
#pragma once就可以避免头文件的重复引入。
在之前结构体时，我们还学过一种条件编译：
#pragma pack()设置Windows的默认对其数
坚持打卡！😃