目录1.翻译环境和运行环境2.翻译环境由两大过程组成编译和链接2.1预处理预编译.c-.i详解在下文2.2编译(.i-.s-.o)2.2.1词法分析2.2.2语法分析2.2.3语义分析2.4链接解决一个项目中多文件多模块相互调用的问题3.运行环境1.预定义符号2.#define定义常量3.#define定义宏可以理解成特殊的比较“死板”的函数4.带有副作用的宏5.宏的替换规则7.#和##7.1#运算符7.2##运算符记号粘合8.#undef9.条件编译12.头文件被包含12.1头文件被包含方式12.1.1本地文件12.1.2库文件包含12.2嵌套⽂件包含1.翻译环境和运行环境翻译环境代码源在这里被转换成可执行的机器指令二进制。运行环境用于实际执行代码2.翻译环境由两大过程组成编译和链接如下多个.c⽂件单独经过编译器编译处理⽣成对应的⽬标⽂件。在Windows环境下的⽬标⽂件的后缀是 .objLinux环境下⽬标⽂件的后缀是.o多个⽬标⽂件和链接库⼀起经过链接器处理⽣成最终的可执⾏程序。链接库是指运⾏时库(它是⽀持程序运⾏的基本函数集合)或者第三⽅库。Windows系统是高度集成的很多细节观察不到一般用Linux环境观察。需要自行配置编译过程大致如下:2.1预处理预编译.c-.i详解在下文gcc编译环境下x想观察.i文件使用预编译指令gcc -E test.c -o test.i将所有的#define删除并展开所有的宏定义处理所有的条件编译指令如#if、#ifdef、#elif、#else、#endif处理#include 预编译指令将包含的头⽂件的内容插⼊到该预编译指令的位置。这个过程是递归进⾏的也就是说被包含的头⽂件也可能包含其他⽂件删除所有的注释添加⾏号和⽂件名标识⽅便后续编译器⽣成调试信息等保留所有的#pragma的编译器指令编译器后续会使⽤2.2编译(.i-.s)过程包括词法分析语法分析语义分析编译指令gcc -S test.i -o test.s2.2.1词法分析此过程代码被输入扫描器进行词法分析将代码中的字符转换成一系列有意义的记号方便进行语法分析。2.2.2语法分析语法分析器对记号进行语法分析根据语法规则产生语法树以表达式为节点理顺表达式方便语义分析2.2.3语义分析检查代码是否有意义比如变量是否声明类型是否兼容等2.3汇编将汇编代码转换成机器可执行的二进制指令.s-.o指令gcc -c test.s -o test.o2.4链接解决一个项目中多文件多模块相互调用的问题链接是⼀个复杂的过程链接的时候需要把⼀堆⽂件链接在⼀起才⽣成可执⾏程序。链接过程主要包括地址和空间分配符号决议和重定位汇总各文件全局符号的符号表进行决议和重定位生成新的符号表起统一的作用等这些步骤。3.运行环境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单片机。程序的执⾏便开始。接着便调⽤main函数。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。.终⽌程序。正常终⽌main函数也有可能是意外终⽌。下面的内容是对预编译的详细补充1.预定义符号c中有一些可以直接使用的预定义符号它们是在预编译阶段被处理的__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否则未定义例printf(file:%s line:%d\n, __FILE__, __LINE__);2.#define定义常量#definename stuff例#define MAX 1000 #define reg register //为 register这个关键字创建⼀个简短的名字 //register的作用是把指定变量放到寄存器中增加运行速率但是register只起建议性作用要不要把变量放进去由系统决定 #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过⻓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)。注意空格的位置容易出错 #define DEBUG_PRINT printf(file:%s\tline:%d\t \ date:%s\ttime:%s\n ,\ __FILE__,__LINE__ , \ __DATE__,__TIME__ )#define定义标识符的低吼不要加在进行文本替换的时候容易重复导致出错例#define MAX 1000; if(condition) max MAX; else max 0;这边if和else之间有了两条语句其中一个是由于重复导致的空语句而if在没有{ }的情况下默认只能跟一个语句语法错误3.#define定义宏可以理解成特殊的比较“死板”的函数#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。宏的声明#definename( parament-list ) stuff其中的parament-list是⼀个由逗号隔开的符号表它们可能出现在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。例#define SQUARE( x ) x * x int a 5; printf(%d\n ,SQUARE( a 1) );上述代码等价于printf (%d\n,a 1 * a 1 );由于运算符的优先级发生了逻辑错误所以在使用宏的时候尽量给参数加上括号#define SQUARE(x) (x) * (x)这样就不会发生上述问题。4.带有副作用的宏x1;//不带副作⽤x;//带有副作⽤#define MAX(a, b) ( (a) (b) ? (a) : (b) ) ... x 5; y 8; z MAX(x, y); printf(x%d y%d z%d\n, x, y, z);上述代码就体现出有副作用的宏对代码的影响后置先用再加运行完之后y和x的值已经变了得不到原来的值z 9x 6只在比较时自增一次y 10比较和结果各自增一次5.宏的替换规则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自己定自己。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。如pringf“ ”“ ”中的宏无法被替换。6.宏和函数的对比7.#和##7.1#运算符#运算符将宏的⼀个参数转换为字符串字⾯量它仅允许出现在带参数的宏的替换列表中#运算符所执⾏的操作可以理解为”字符串化“例#define PRINT(n) printf(the value of #n is %d, n); int a10; PRINT(a);//printf(the value of a is %d, a); 打印the value of a is 107.2##运算符记号粘合##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int int_max(int x, int y) { return x y ? x : y; } float float_max(float x, float y) { return x y ? x : y; }#define GENERIC_MAX(type) \ type type##_max(type x, type y)\ { \ return (xy?x:y); \ }GENERIC_MAX(int) //替换到宏体内后int##_max ⽣成了新的符号 int_max做函数名 GENERIC_MAX(float) //替换到宏体内后float##_max ⽣成了新的符号 float_max做函数名 int main() { //调⽤函数 int m int_max(2, 3); printf(%d\n, m); float fm float_max(3.5f, 4.5f); printf(%f\n, fm); return 0; }体会这种奇妙的用法生成一个函数模板只需要提供相应的类型就能生成相应的函数。8.#undef这条指令⽤于移除⼀个宏定义。#undefNAME//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.条件编译用来决定是否将⼀条语句⼀组语句编译或者放弃。对于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。#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\n, arr[i]);//为了观察数组是否赋值成功。 #endif //__DEBUG__ } return 0; }常用的条件编译指令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__ //.. #endif 2.多个分⽀的条件编译 #if 常量表达式 //... #elif 常量表达式 //... #else //... #endif 3.判断是否被定义 #if defined(symbol) #ifdef symbol #if !defined(symbol) #ifndef symbol 4.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 #endif12.头文件被包含12.1头文件被包含方式12.1.1本地文件#includefilename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。12.1.2库文件包含#includefilename.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因为要找两次当然这样也不容易区分是库⽂件还是本地⽂件了。12.2嵌套⽂件包含已知#include指令可以使另外⼀个⽂件被编译。就像它实际出现于#include指令的地⽅⼀样下列文件test.c#include test.h #include test.h #include test.h #include test.h #include test.h int main() { return 0; }test.hvoid test(); struct Stu { int id; char name[20]; };如果直接这样写test.c⽂件中将test.h包含5次那么test.h⽂件的内容将会被拷⻉5份在test.c中。这样工程量很大。我们可以用条件编译在头文件中写下下列代码。#ifndef __TEST_H__ #define __TEST_H__ //头⽂件的内容 #endif //__TEST_H__或者写#pragma once这样头文件只会被编译一次了