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[C++知识库]有关程序的编译与预处理

目录

1. 程序的翻译环境和执行环境

2.编译与链接

3.预处理(有关#define与函数)


1.程序的编译环境和执行环境

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。

2.编译与链接?

我们先用一张图来简单示意一下程序的编译过程

?简要的说分为以下几个步骤

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。

?具体可细分为以下几个步骤:

(1)预处理:展开头文件/宏替换/去掉注释/条件编译?

(2)编译:对代码进行语法分析,句法分析,词义分析,符号汇总,并生成一个汇编文件(具体内容感兴趣的读者可阅读《编译原理》

(3)汇编:形成符号表,并将汇编指令转化为二进制指令,生成可重新定位目标文件

(4)链接:合并段表,符号表的合并和重新定位

?之后我们就生成的可执行文件,下面我们看到程序的执行

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?

在这一小节,我将着重介绍有关宏及函数相关知识,但首先,先让我们简单了解一下有关预定义符号。

__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

这些符号都是C语言内置的,举个例子

printf("file:%s line:%d\n", __FILE__, __LINE__);

这样就可以输出有关我们文件的信息了。


接下来我们看到#define相关知识点

(1):#define定义标识符

语法: #define name stuff

举个例子

#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__ ) 

?(2):#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)。

下面是宏的申明方式:

#define name( 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。?

然后我们来看下面一段代码

#define SQUARE( x ) x * x
int a = 5;
printf("%d\n" ,SQUARE( a + 1) );

一般来说,我们预期的输出结果应该是6*6=36,但事实上他打印的却是11。为什么?

替换文本时,参数x被替换成a + 1,所以这条语句实际上变成了:

printf ("%d\n",a + 1 * a + 1 );

在宏定义上加上两个括号,这个问题便轻松的解决了:

#define SQUARE(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。

(3):关于#define的替换规则

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。

(4):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

我们看到下面一个例子

#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);

之前我们提到过#define只是完成了简单的替换操作,所以经过预处理后实际上这串代码如下

z = ( (x++) > (y++) ? (x++) : (y++));

所以实际的输出结果是:

x=6 y=10 z=9

这里注意由于(x++) > (y++)为假,所以第二个x++不执行

(5):宏和函数的对比?

? 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))

但是这里我们为什么不选择用函数来完成这个任务呢?

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。?

当然和宏相比函数也有劣势的地方:

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。

最后我们用一张表格来结束这篇文章:

有关宏和函数的对比?

属性#define定义宏函数
代码长度每次使用时,宏都会被插入到代码中,除了非常小的宏之外,代码长度会大幅增加函数的代码只出现在一个地方。每次调用函数,只调用该处的代码
执行速度更快存在函数的调用与返回的额外开销,相对慢一些
操作符优先级宏的参数的求值需要结合周围表达式的上下环境,除非加上括号,否则临近操作符的优先级便会出现不可预料的后果,所以建议在宏的书写时加上括号函数的参数只在传参时求值一次,求值结果传递给函数,不存在参数带来的优先问题级
带有副作用的参数参数可能被替换到宏体的多个位置,参数带来的副作用可能会使结果难以预测,如前置++、后置++函数参数只在传参时求值一次,将结果传递给参数
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,就可以使用任何参数函数的参数与类型有关,参数类型不同,就要使用不同的参数,即使它们执行的任务是相同的
调试宏不便于调试函数能够逐语句、逐过程调试
递归宏不能递归函数能够递归

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加:2022-02-26 11:12:28  更:2022-02-26 11:14:05 
 
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