C语言程序环境和预处理

大家好，我们今天来分享C语言程序环境和预处理方面的内容。

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C语言程序的运行阶段

C语言程序的运行是把我们的test.c文件（也就是我们通常所说的文本信息里面的代码）通过翻译环境转化为test.exe文件（这个就是可执行程序，但是里面存放的是二进制指令），在通过运行环境的作用下程序就运行起来了。

我们的翻译环境分为几个阶段：编译（通过编译器）链接（链接器link.exe）
而编译又可以分为几个阶段：预编译（预处理）编译汇编

预编译：在这个阶段我们会把程序里的宏定义、预处理命令等等进行替换，而我们的注释部分就会替换成空格，我们的头文件也会被包含出来，最后生成一个test.i文件。

编译：在这个阶段，我们会将C语言程序翻译汇编语言，进行词法分析，语义分析，语法分析，符号汇总，并且在最后生成test.s文件。

汇编：这个阶段我们会将符号生成符号表，将汇编的代码翻译成二进制指令并且生成后缀为obj的文件。

链接：链接目标文件和链接库生成可执行二进制的程序，其中包括合并段表还有符号表的合并和重定位等操作。

运行环境

程序执行的过程：

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。
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。

预处理

首先我们来看下一些语言内置的预定义符号：

__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

看到下面的例子：

#include<stdio.h>
int main()
{printf("%s\n", __FILE__);printf("%d\n", __LINE__);printf("%s\n", __DATE__);printf("%s\n", __TIME__);printf("%s\n", __FUNCTION__);//printf("%d\n", __STDC__);//当前使用是的VS2022不遵循ANSI Creturn 0;
}

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#define

1.定义标识符
语法： #define name stuff

name是我们定义的标识符的名称，而stuff则是我们定义的大小。

#define MAX 1000

但是我们定义的时候要不要在末尾加上‘；’呢？建议不要加上 ; ,这样容易导致问题。如下面的代码：

#define MAX 1000;
...
if(condition)
max = MAX;
else
max = 0;

这里的话我们的分号独自为一句话，我们的if只控制一条语句，那么我们下面的else语句就没有和它匹配的if语句了，此时编译器就会报错。

2.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）。

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

#define SQUARE( x ) x * xSQUARE( 5 );

我们的宏接收到了一个参数5，那么我们在我们的程序中，我们就会用5*5替换上面的表达式。

而我们的宏也是存在一定问题的，看到下面的例子：

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

那么各位小伙伴觉得打印的结果会是多少呢？36？答案是11，因为我们是替换，所以上面的程序就会变成（5+1*1+5）答案就是11，所以我们用到宏定义为了避免错误就得多用括号。

#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。

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。
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。
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。

我们还要注意的是：

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。
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##：
1.使用 # ，把一个宏参数变成对应的字符串

int i = 10;
#define PRINT(FORMAT, VALUE)\
printf("the value of " #VALUE "is "FORMAT "\n", VALUE);
...
PRINT("%d", i+3);

我们看下输出的结果：

the value of i+3 is 13

##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。

#define ADD_TO_SUM(num, value) \
sum##num += value;
...
ADD_TO_SUM(5, 10);//作用是：给sum5增加10.

注：
这样的连接必须产生一个合法的标识符。否则其结果就是未定义的。

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：

#define MAX(x,y) ((x)>(y)?(x):(y))int main()
{int a = 3;int b = 5;int m = MAX(a++, b++);//int m = ((a++) > (b++) ? (a++) : (b++));//        3    >  5    //        a=4     b=6     no      6//  6                             b=7printf("%d\n", m);printf("%d\n", a);printf("%d\n", b);return 0;
}

那么我们输出的结果是多少呢？
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宏和函数对比：

宏的优点：

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。
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：

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。
宏是没法调试的
宏由于类型无关，也就不够严谨。
宏可能会带来运算符优先级的问题，导致程序容易出现错误

#undef
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。

条件编译

在编译一个程序的时候我们如果要将一条语句（一组语句）编译或者放弃是很方便的。因为我们有条件编译指令。

常见的条件编译指令：

1.常用指令
#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