C语言-程序环境和预处理

目录

前言

 一、程序的翻译环境和执行环境

1.翻译环境

2.执行环境

二、预处理详解

1.预定义符号

2.#define定义标识符

3.#define定义宏

4.#define替换规则

5.#和##

6.带副作用的宏参数

三、宏和函数的对比

1.引例:使用函数和宏求两个数的较大值

2.宏的缺点(和函数相比):

3.宏还可以做的函数做不到的事情(比如,宏的参数可以是类型):

4.命名约定

5.宏和函数的对比

四、命令行定义和条件编译

1.命令行定义

2.条件编译

五、文件包含

1.头文件被包含的方式

2.嵌套文件包含

六、其它预处理指令

总结



前言


 一、程序的翻译环境和执行环境

        我们想要把自己写的C语言代码编译出来形成可执行程序(.exe),这个过程会存在两种不同的环境:翻译环境和执行环境

1.翻译环境

        在这个环境中,源代码被翻译为可执行的机器指令

2.执行环境

        用于实际的执行代码

        

1.翻译环境

        

        VS是一个集成开发环境,不方便观察编译器每个细节的功能,接下来我将在vscode搭建的gcc平台上进行演示

        

        

        

        

2.执行环境

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.程序的执行开始后,接着调用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

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ANSIC,其值为1,否则未定义

        

2.#define定义标识符

#define name stuff

        

#define定义标识符的时候,是否需要在最后加上分号?

建议不要加上分号,可能导致代码出现问题

#undef

撤销#define定义的标识符

        

3.#define定义宏

#define name(paramet-list) stuff

#define允许把参数替换到文本,这种实现通常称为宏或定义宏(注意:参数列表的左括号必须紧贴name,如果两者之间存在空白,参数列表就会被解释为stuff的一部分)

        

//求平方
#define SQUARE(x) ((x)*(x))
//求较大值
#define MAX(a, b) (((a)>(b))?(a):(b))

4.#define替换规则

在程序中中扩展#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。

5.#和##

# 的作用(注意:这里的'#'不是'#define'中的'#')

#可以把参数插入到字符串中

它可以把一个宏参数变成对应的字符串

        

## 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

        

6.带副作用的宏参数

当宏参数在宏的定义中出现超过一次 并且 参数带有副作用的时候,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。


三、宏和函数的对比

1.引例:使用函数和宏求两个数的较大值

#include <stdio.h>

//宏的实现
#define MAX(a, b) (a)>(b)?(a):(b)

//函数的实现
int Max(int x, int y)
{
	return x > y ? x : y;
}

int main()
{
	int a = 0, b = 0;
	scanf("%d %d", &a, &b);
	//输出较大值
	int m1 = MAX(a, b);
	printf("%d\n", m1);
	int m2 = Max(a, b);
	printf("%d\n", m2);
	return 0;
}

你认为哪种实现方式更好呢?

就当前代码而言,宏的实现方式更优,原因如下:

1.用于调用函数(函数调用前的准备:传参、函数栈帧空间的维护、初始化)和函数返回(返回值的处理、函数栈帧的销毁)所需要的时间可能比实际执行这个小型计算工作更多,所以宏比函数在程序的规模和速度方面更胜一筹。

2.更重要的是函数的参数必须声明为特定的类型(类型检查),所以函数只能在类型合适的表达式上使用(例如:上面代码函数实现只能比较两个int类型的数据的大小),而宏可以适用于整形、长整型、浮点型等可以用>来比较大小的类型,宏是类型无关的。

2.宏的缺点(和函数相比):

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,导致程序容易出现错。

3.宏还可以做的函数做不到的事情(比如,宏的参数可以是类型):

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#define MALLOC(num, type) (type*)malloc(num * sizeof(type))  

int main()
{
	int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int));
	if (p1 == NULL)
	{
		//...
	}
	//
	int* p2 = MALLOC(10, int);
	if (p2 == NULL)
	{
		//...
	}

	return 0;
}

4.命名约定

一般而言,函数和宏的使用语法很相似,语言本身可能无法帮助我们区分二者,我们平时的一个习惯应该这样:

1.把宏名全部大写

2.函数名不要全部大写

注意:offsetof 是宏

5.宏和函数的对比

如果需要的功能比较简单,可以采用宏来实现;如果功能比较复杂,建议使用函数来实现 

C\C++引入了一个关键字inline(内联),内联函数:同时具有函数和宏的优点


四、命令行定义和条件编译

1.命令行定义

许多C的编译器提供了一种能力,可以在命令行中定义符号

        

2.条件编译

在编译一个程序的时候,如果我们需要将一条语句(一组语句)放弃编译,就可以使用条件编译

常见的条件编译指令:

1.一般形式
#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
#endif

        


五、文件包含

#include指令可以使被包含的文件被编译,就像它实际出现在#include指令的地方一样,这种替换方式类似于#define的定义,预处理器先删除这条指令,并用包含的文件的内容替换。

1.头文件被包含的方式

本地文件包含            #include "filename.h"

查找策略:先在源文件所在的目录下查找,如果未找到该头文件
编译器就像查找库函数头文件那样,在标准路径下去查找



库文件包含              #include <filename.h>

查找策略:直接去标准路径下查找,如果找不到就提示编译错误

        

2.嵌套文件包含

add.h是test1.c、test2.c、test.c的公共模块;

test1.h和test2.h使用了公共模块add.h;

test.c又包含了头文件test1.h和test.h,其中test2.h被包含于test.h。

最终test.c中重复包含了3次头文件add.h

重复包含头文件预编译演示代码

        


六、其它预处理指令

《C语言深度剖析》这本书中又这么一个表格:

        


总结

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转载自blog.csdn.net/weixin_72501602/article/details/129908590
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