C语言程序环境和预处理详解分析

一、程序的翻译环境和运行环境

重点：任何ANSI C(标准C的程序）的一种实现，存在两个不同的环境

第1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2种是执行环境，它用于实际执行代码。

程序的翻译环境

翻译环境就是我们要做的编译和链接的这个动作。

1.每个.c文件都各自独立经过编译器的处理，最后又各自生成一个叫目标文件的东西（windows底下目标文件就叫做obj）

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。

 编译又分为三个步骤：

预编译（预处理）：gcc test.c -E(指令）预处理后就会停止，gcc test .c -E >test.i输出重定向到test.i这个文件 。这个阶段，

1：完成了头文件的包含，比如#include这样指令的预处理，

2：#define定义的符号和宏的替换，

3：注释删除。这些都属于文本操作。

编译：gcc test .i -S生成 test.s文件，这阶段把C语言代码转换成汇编代码，1：语法分析，2：词法分析，3：语义分析，4：符号汇总。 

 汇编：对.s文件进行汇编，gcc test .s - c（指令）生成test.o文件（.o文件在windows叫test.obj），这阶段把汇编代码转换成了机器指令（二进制指令），生成符号表

链接阶段

把多个目标文件和链接库进行链接。

这个阶段，1：合并段表，2：符号表的合并和重定位。

执行环境（运行环境）

程序的执行过程：

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。

二、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

举例：写一个日志文件

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<stdio.h>
 
int main()
{
	int i = 0;
	FILE* pf = fopen("log.txt", "a+");
	if (NULL == pf)
	{
		perror("fopen\n");
		return 1;
	}
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		fprintf(pf, "%s %d %s %s %d\n", __FILE__, __LINE__, __DATE__, __TIME__, i);
	}
	return 0;
 
}

文件内容：

#define定义标识符

举例：

#define定义宏

#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）。

这个问题，的解决办法是在宏定义表达式两边加上一对括号就可以了。

#define DOUBLE( x)   ( ( x ) + ( x ) )

所以用于对数值表达式进行求值的宏定义都应该用这种方式加上括号，避免在使用宏时由于参数中 的操作符或邻近操作符之间不可预料的相互作用。

#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：

1. 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。 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。

#和##两个预处理的工具

#可以把参数插入到字符串中 

##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。 

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

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))

 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。

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。

#undef移除宏

 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。 

代码如下：

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。）

代码如下：

在linux底下，通过gcc test.c -D M=100,下面的代码就可以正常运行了

条件编译 

满足条件就编译，不满足条件就不参与编译。

代码如下：

 并不打印结果。 

#if 1为真，后面就编译，如果为0就不编译。 

头文件包含 

‘头文件包含的两种方式：

#include"add.h" 本地文件包含，自定义的函数的头文件用""

#include<add.h> 库文件包含，C语言库中提供的函数的头文件用<>

 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

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 

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。 

总结

题主太累了，总结就不写了，已经过了零点了，要睡觉了。实在是感觉顶不住了，明天还得早起呢，希望大家也能不忘初心，坚持学下去，大家一起努力！！！！！！