绪论

        书接上回，在上章我们学习完了文件的操作这样就能方便我们去保存我们所写代码的数据（学生信息管理系统），而本章于上一章并没有直接的关联，本章将讲的是程序在运行时会经历那些步骤（编译、预处理，链接等详细的了解C语言程序运行的过程）

话不多说安全带系好，发车啦（建议电脑观看）。

        附：红色，部分为重点部分；蓝颜色为需要记忆的部分（不是死记硬背哈，多敲）；黑色加粗或者其余颜色为次重点；黑色为描述需要

思维导图：

要XMind思维导图的话可以私信哈

目录

1.程序的翻译环境和执行环境     

1.1翻译环境

1.1.1编译

        1.1.1.1预编译（预处理，并生成.i为后缀的文件）

        1.1.1.2编译（并生成.s为后缀的文件）

        1.1.1.3汇编     

1.1.2链接

1.2运行环境

2.预处理详解

2.1预定义符号

2.2#define

2.2.2#define定义标识符

2.2.2#define定义宏

2.2.3#define 替换的规则

2.3 #和## 

2.3.1 #

2.3.2 ##

2.3.3 带有副作用的宏参数

2.3.4宏和函数的对比

2.3.5命名约定

2.4#undef

2.5命令行定义

2.6条件编译

2.7文件包含

2.7.1文件包含的方式

2.7.2文件的嵌套包含

1.程序的翻译环境和执行环境     

在标准C语言语法（ANSI C）下有着两种不同的环境：翻译环境和执行环境

1.1翻译环境

知识点：

在翻译环境下是将源代码（.c）转换成机械指令（二进制指令）（可执行程序(.exe)），源代码就是我们所写的一个个语句（在vs2019环境下vs2019（集成开发环境是有着多个环境的集合）就充当了这个编译环境）

细节：

1.1.1编译

将每个源文件（.c）通过编译产生目标文件(.obj),最后通过链接器把链接库和目标文件统一的装在一起生成可执行程序（.exe）

具体如下展示：

1.1.1.1预编译（预处理，并生成.i为后缀的文件）

1. 将预处理指令相关的操作（文本的替换）都会在此时执行（如#define、#include、#pragma都属于预处理指令）
2. #include头文件的包含、#define定义符号的替换、注释的删除

1.1.1.2编译（并生成.s为后缀的文件）

1. 把C语言代码翻译成汇编代码（进行语法、词法、语义分析、符号汇总：汇总一些全局变量和函数）

1.1.1.3汇编     

1. 把汇编指令转换成二进制指令
2. 形成符号表（对应着符号汇总的符号生成类似于表（有符号和对应的地址）），而这符号表最终也会传递到链接处起作用

1.1.2链接

1. 合并段表（在.o目标文件中他们是分段的，所以在链接时就会把这些对应功能的段进行合并，elf类型的）
2. 符号表的合并和重定位 （将不同源文件的符号表合并，每个源文件都会生成对应的符号表，最终合并成一个可执行程序，并且将外部声明的符号重定位），而此处的重定位假如没有对应成功的话那将报链接错误（所以说当报错链接错误时就表示这可能是你的函数名写错了导致他们没有定位到）

上述的都是大概的内容，具体的可以通过学习《程序员的自我修养》这本书来深入了解。

1.2运行环境

知识点：

运行环境其实就是程序执行过程具体如下：

1.  程序载入到内存中
2. 程序执行（从main函数开始）
3. 开始执行代码，这个时候运行栈帧空间/static（静态区空间），存储函数的局部变量和返回的地址
4. 结束，分正常结束，意外终止（出错了链接型，和编译型编译型（语法、词法、语义有错误））

2.预处理详解

2.1预定义符号

知识点：

__FILE__   : 进行编译的源文件 

__LINE__  ：文件当前的行数

__DATE__ ：编译的日期

__TIME__ ：编译的时间

__STDC__ ：编译器遵不遵循 C，遵循为1，反之不遵循 

__FUNCTION__ : 当前所在的函数      

具体使用方法如下：

 #define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#includeint main() {printf("%s\n", __FILE__);printf("%s\n", __DATE__);printf("%s\n", __TIME__);printf("%d\n", __LINE__);//printf("%s\n", __STDC__);return 0;
}

2.2#define

2.2.1#define定义标识符

知识点：

基本语法 ：#define name stuff  （#define 代替后的名字 所要代替的东西）

如： #define MAX 100

注意不用加分号，他并不是语句，而是预处理指令

通过代码 

2.2.2#define定义宏

知识点：

语法

因为#define是把参数替换到文本中的，所以就有了实现宏的基础
基本语法：#define name( parament-list )  stuff
注意name和（parament-list）不能有间隙，否则将会被认为是定义的标识符，并且里面的成员用逗号隔开他们会出现在stuff中

如 ： #define ADD(a)  a + a

其中宏接收了一个参数a

所以就可以在下面的函数内写到ADD(5)，此处就会别替换成 5 + 5

细节：

因为#define是直接把参数替换到文本中，所以就会导致有优先级问题的出现

如：

#include
#define ADD(a)  a + aint main()
{printf("%d",ADD(3) * ADD(2));//感觉应该是24，其实并不是//注意此时ADD是#define定义的宏所以是直接替换的就会有//printf("%d",3 + 3 * 2 + 2);//其实因为直接替换而导致的优先级问题会得到意想不到的结果//最终将会得到 11 而不是 24return 0;
}

所以为了避免优先级问题，我们最好是将参数用括号括起来

即： #define ADD(a) （（a）+ （a））

这样就能很好的避免替换后的优先级问题，至于最后的括号是因为避免整体遇到的优先级问题

2.2.3#define 替换的规则

知识点：

1. 首先，对程序进行扫描，找到第一次出现的位置后，在对#define替换前会先查看参数内是否还有#define定义的符号，若有则会再先将内部的符号替换
2. 其次，才将文本中对应的替换
3. 最后再次进行扫描若有则重复上述过程

细节:

• 宏体内不能还有个宏（不能递归）
• 若定义的常量在，字符串中则无法被扫描

2.3 #和## 

2.3.1 #

知识点：

#让宏的参数可以插到字符串中他是将传进来的参数变成字符串溶于字符串中，同时未加#的还是正常替换

细节（详细处）:

当我们想让字符串随着变量的改变而改变的话此时只能通过#define定义宏的办法来改变一个字符串中的字符具体如下：

#define PRINT(x) printf("the value of "#x" is %d\n",x)
int main()
{int a = 10;PRINT(a);int b = 20;PRINT(b);return 0;
}

为什么宏把传过来的参数变成一个字符串，因为：

printf打印在字符串是可拼接的，你可以直接打印一个字符串，也可以同时拼接多个字符串。

如我们就可以将一个字符串分成两个字符串来打印：

int main()
{printf("abcdef\n");printf("abc""def\n");return 0;
}

所以宏的替换其实就是这样的：

#define PRINT(x) printf("the value of "#x" is %d\n",x)
int main()
{int a = 10;PRINT(a)//printf("the value of " "a" " is %d\n",a);int b = 20;PRINT(b);//printf("the value of " "b" " is %d\n",b);	return 0;
}

如果再进行优化此代码，让他不止只是对整形可以打印我们就可以再增加一个参数来替换

#define PRINT(format,x) printf("the value of "#x" is "format"\n",x)int main()
{int a = 10;PRINT("%d", a);float f = 20.22f; //加上f是因为20.22一般会被默认成double类型的加上了就会看成float类型)PRINT("%f", f);return 0;
}

2.3.2 ##

知识点：

将传经来的参数的两个符号拼接，从分离的文本片段创建标识符  

具体代码如下：他通过拼接的方法将AB两个分离的文本拼接成一个标识符（变量AB）

#define joint(a,b) a##bint main()
{int AB = 100;printf("%d\n", joint(A, B));//最终传进去的参数会通过##拼接在一起return 0;
}

这样的拼接必须要产生有效的标识符，否则将是符号的未定义

2.3.3 带有副作用的宏参数

知识点：

当我们把带有副作用的值传进去时（++ ， --）就需要注意，因为要记住#define的参数是替换的，所以可能导致多次++ 或 -- 

细节：

具体可以通过代码来解释：

#define MAX(a,b) ((a)>(b)?(a):(b))int main()
{int a = 3, b = 4;int m = MAX(a++, b++);//((a++) > (b++) ? (a++) : (b++))//因为是a++ 、 b++ 所以先比较后++ 所以较大值4 ，然后：a = 4 b = 5；//(b++)再因为还要到后面的b++ b = 6printf("%d\n", m);printf("%d %d", a, b);return 0;
}

2.3.4宏和函数的对比

知识点：

1. 对于函数来说
2. 他每次的调用都需要较多的步骤（开辟栈帧，还有开辟后的许多步骤）就会导致一定时间的浪费，速度慢（宏只是替换所以就会快很多）
3. 并且函数的参数的类型是固定的（写好后只能在函数内修改了）
4. 而对于宏来说
5. 因为其是替换所以如果宏体很长一次次的调用也会导致代码变长，而对于函数来说就那独一份
6. 宏也不能像函数一样的调试（宏是在预处理时进行的，而和我们看到的真正执行（生成可执行后进行的调试）的是不一样的所以就会导致无法去调试）
7. 同时因为宏不关心类型，所以也不够严谨
8. 最后宏还可能有优先级问题
9. 宏能做到函数无法做到的事，传一个类型

对于宏和函数的如何合理使用：

一般来说如果你所要写的代码逻辑简单，较短这时就能使用宏

而对于一些较为复杂的代码，我们就要去用函数来实现

2.3.5命名约定

因为宏和函数直观上无法区分，所以我们约定一个格式

宏一般写成全大写

函数不全部写成大写

2.4#undef

知识点：

作用是对#define定义的常量进行移除

基本形式：#undef + 所要移除常量的名称

2.5命令行定义

C语言提供了可以通过终端的方式对符号进行定义（如：gcc -D a = 100 test.c）

一般用于：一个变量先暂时不被定义，就能方便根据后面的具体情况来定

2.6条件编译

知识点：

可以对语句进行选择性的编译/放弃编译（因为有些代码删除了还有点可惜，就留着不编译）

在预处理阶段处理：

1.判断是否为真

#if 常量表达式（为真进去，反之不进）

       ....

#endif （和#if配套）

#if 常量表达式（其用法和if语句几乎一样，）

        //...

#elif 常量表达式 

        //....

#else

        //...

#endif （结束）

2.判断是否被定义

#if define(symbol)

#ifdef symbol  （上下等价）

#if ！define(symbol)

#ifndef symbol

细节：

如：

#define PRINT 0int main()
{
#ifdef PRINT //是否定义该符号，定义了则进去，否则不进去
//#if define(PRINT) printf("%d\n", 1);
#endif//和ifdef是一组的，必须成对出现return 0;
}//#define M 2int main()
{
#if 1printf("%d\n", 1);//打印1
#endif#if M == 1printf("%d\n", 1);
#elif M == 2printf("%d\n", 2);//打印2
#elseprintf("ohuo");
#endifreturn 0;
}

2.7文件包含

2.7.1文件包含的方式

1. 本地文件包含（"  "双引号包含）：先在源文件所在的目录下查找，若没找到就在到存放库函数的标准路径下查找。若还找不到则提示编译错误（一般自己创建的头文件是直接放在源目录底下的所以就通过双引号包含即可，并且通过了解了双引号包含就能知道其实库函数的包含也可以用" "包含即#include"stdio.h"）
2.  库文件的包含（< >的包含）:虽然" "可以实现但是对于库函数来说还是有点麻烦了所以C语言提供了直接到标准路径中去查找头文件（即#include）

2.7.2文件的嵌套包含

对于头文件的包含来说每一次的包含其实都是将头文件的内容拷贝过来，假如不小心多次包含了同一个头文件的话，就会导致内存的浪费（已经包括过了）

为了防止上述情况我们就可以在头文件中写成如下形式：
 

#ifndef __def__//判断是否被定义过
#define __def__//若没有定义过则进来定义一遍，反之则不进，这样当第二次来时一定是被定义过的struct s
{int a;
};#endif//结束//或则还可以更简单的写成#pragma once//和上面的意思一样struct s
{int a;
};

本章完。预知后事如何，暂听下回分解。

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