一、翻譯環(huán)境

整個翻譯環(huán)境大致就可以畫成這樣一張圖。

下列有幾點需要說明：

1. 組成一個程序的每一個源文件通過編譯過程分別轉(zhuǎn)換成目標(biāo)文件（在Linux中目標(biāo)文件的后綴為.o；而在Windows中目標(biāo)文件后綴為.obj）

2. 每個目標(biāo)文件由鏈接器（linker）捆綁在一起，形成一個單一而完整的可執(zhí)行程序

3. 鏈接器同時也會引入標(biāo)準(zhǔn)C函數(shù)庫（鏈接庫）中任何被該程序所用到的函數(shù)，而且它可以搜索程序員個人的程序庫，將其需要的函數(shù)也鏈接到程序中

接下來介紹每一步在Linux系統(tǒng)下整個翻譯環(huán)境的實現(xiàn)方法，以及每一個步驟的作用。

編譯可分為三個部分：

（1）預(yù)處理：輸入指令gcc -E test.c -o，就會將test.c文件變?yōu)閠est.i文件。這一步的作用是是對頭文件（#include）的包含、刪除注釋、#define定義符號的替換等文本操作（下文會對預(yù)處理這一個步驟展開詳細(xì)的介紹）

（2）編譯：輸入指令gcc -S test.i，就會將test.i文件變?yōu)閠est.s文件，這一步主要作用是把C語言代碼轉(zhuǎn)換成匯編代碼，其中包含4步：1. 語法分析；2. 詞法分析；3. 語義分析；4. 符號匯總

（3）匯編：輸入指令gcc -c test.s，就會將test.s文件變?yōu)閠est.o文件，這一步是把匯編代碼轉(zhuǎn)換成二進制的指令，這一步是會形成符號表，此時的符號表為接下來的鏈接操作做出了準(zhǔn)備

多個.c文件通過編譯過程后形成.o目標(biāo)文件，在要執(zhí)行鏈接的時候，輸入指令gcc test.o add.o -o test，就會將.o文件變成可執(zhí)行文件，這其中的操作包括合并段表和符號表的合并和重定位，這一步主要就是將多個目標(biāo)文件進行連接的時候通過符號表查看來自外部的符號是否真實存在，這樣就完成了整個翻譯環(huán)境的操作。

二、執(zhí)行環(huán)境

對于程序的執(zhí)行過程可分為以下幾個步驟：

1. 程序必須載入內(nèi)存中。在有操作系統(tǒng)的環(huán)境中：一般由操作系統(tǒng)完成。在獨立的環(huán)境中，程序的載入必須由手工安排，也可能是通過可執(zhí)行代碼置入只讀內(nèi)存來完成

2. 程序的執(zhí)行開始。之后就會調(diào)用main函數(shù)

3. 開始執(zhí)行程序代碼。這個時候程序?qū)⑹褂靡粋€運行時堆棧（stack），存儲函數(shù)的局部變量和返回地址；程序同時也可以使用靜態(tài)（static）內(nèi)存，存儲于靜態(tài)內(nèi)存中的變量在程序的整個執(zhí)行過程一直保留他們的值

4. 終止程序。正在終止main函數(shù)，也有可能是意外終止的情況

三、預(yù)處理

1. 預(yù)處理符號

在C語言中，有些預(yù)處理符號是語言內(nèi)置的，就比如：

__FILE__   //進行編譯的源文件
__LINE__   //文件當(dāng)前的行號
__DATE__   //文件被編譯的日期
__TIME__   //文件被編譯的時間
__STDC__   //如果編譯器遵循ANSI C，其值為1，否則未定義

2. #define定義標(biāo)識符

#define定義的標(biāo)識符可以是常量、簡化關(guān)鍵字、一些符號等，例如：

#define M 10   //定義常量
#define reg register   //將關(guān)鍵字簡化
#define do_forever for(;;)   //用形象的符號來替換一種實現(xiàn)
#define CASE break;case   //在寫case語句的時候會自動地把break寫上

對于#define定義標(biāo)識符來說，如果定義的東西過長，還可以分幾行來寫，除最后一行外，其他每行都加上'\'，例如：

#define DEBUG_PRINT printf("file:%s\tline:%d\t \
							date:%s\ttime:%s\n",\
							__FILE__,__LINE__, \
							__DATE__,__TIME__)

3. #define定義宏

在#define定義標(biāo)識符外，#define還有一個規(guī)定，就是允許把參數(shù)替換到文本中，進而就形成了#define定義宏。聲明的方式如下：

#define name(parament-list) stuff

這里的parament-list是由一個逗號隔開的符號表，在實際的代碼中他們也會存在于stuff中。

其中值得注意的是：

1. 參數(shù)列表的左括號必須與name相鄰

2. 如果parament-list與stuff兩者之間有任何空白存在，參數(shù)列表就會被注釋為stuff的一部分

了解了#define定義宏是如何寫后，接下來就是#define定義宏的替換規(guī)則：

1. 在調(diào)用宏的時候，首先對參數(shù)進行檢查，看看是否包含任何由#define定義的符號。如果是，它們首先被替換

2. 替換文本隨后被插入到程序中原來的文本位置，參數(shù)名被它們的值所替換

3. 最后，再次對結(jié)果文件進行掃描，看看它是否包含任何由#define定義的符號。如果是，就重復(fù)上述處理過程

所以，總結(jié)以上規(guī)則后得出的結(jié)論就是：如果是#define定義宏用于對數(shù)值表達式進行求值的宏定義都應(yīng)該加上括號，避免在使用宏時由于參數(shù)中的操作符或者鄰近操作符之間不可預(yù)料的相互作用。

當(dāng)然，對于#define的使用還有幾個注意的點：

1. 宏參數(shù)和#define定義中可以出現(xiàn)其他#define定義的符號，但是對于宏，不能出現(xiàn)遞歸

2. 當(dāng)預(yù)處理器搜索#define定義的符號的時候，字符串常量的內(nèi)容并不被搜索

4. #和##

對于一些想要把參數(shù)插入到字符串中的情況，我們會使用#來把一個宏參數(shù)變成對應(yīng)的字符串，下面舉個例子：

如果是直接打印出來的話，因為字符串是可以拼接的，所以就如這樣：

#include <stdio.h>
int main()
{
	int a = 10;
	printf("the value of ""a"" is %d\n", a);
	return 0;
}

那么，對于定義宏參數(shù)來說，就應(yīng)該這樣：

#include <stdio.h>
#define PRINT(n) printf("the value of "#n" is %d\n", n)
int main()
{
	int a = 10;
	PRINT(a);
	return 0;
}

這樣字符串中的n才會根據(jù)跟著宏參數(shù)的值變化而變化。

而##的作用是可以把位于它兩邊的符號合成一個符號。它允許宏定義從分離的文本段創(chuàng)建標(biāo)識符。但是這樣連接必須產(chǎn)生一個合法的標(biāo)識符，否則會報錯說未定義標(biāo)識符。

5. 宏和函數(shù)的對比

宏的優(yōu)勢：1. 在執(zhí)行一些小型計算工作的時候，定義宏比調(diào)用函數(shù)和從函數(shù)返回的代碼執(zhí)行所需要的時間會更短；2. 函數(shù)的參數(shù)必須聲明為特定的類型，二宏參數(shù)不用

宏的劣勢：1. 每次使用宏的時候，一份宏定義的代碼將插入到程序中。除非宏比較短，否則可能大幅度增加程序的長度；2. 宏是無法進行調(diào)試的，而函數(shù)可以；3. 宏由于沒有進行類型定義，所以有時候就會不夠嚴(yán)謹(jǐn)；4. 宏可能會帶來運算符的優(yōu)先級的問題，導(dǎo)致程序容易出錯

6. 條件編譯

下面列舉一些編譯指令：

1. #undef 該指令用于移除一個宏定義

2. 該指令是判斷應(yīng)該執(zhí)行哪一個語句塊

#if 常量表達式
    執(zhí)行語塊
#elif 常量表達式
    執(zhí)行語塊
#else
    執(zhí)行語塊
#endif

3. 該指令是判斷是否被定義

#if define(symbol)
    如果有定義，執(zhí)行此語句塊
or
#ifdef symbol
    如果有定義，執(zhí)行此語句塊
or
#if !define(symbol)
    如果沒有定義，執(zhí)行此語句塊
or
#ifndef symbol
    如果沒有定義，執(zhí)行此語句塊

4. 對于條件編譯指令來說，其實還可以對其進行嵌套，稱為嵌套指令

7. 文件包含

我們在一些較大工程進行編譯的時候、在多人合作同一塊項目工程的時候，可能會出現(xiàn)頭文件重復(fù)包含的情況，如果真是這樣，則會導(dǎo)致整個代碼運行時的效率大大降低，所以對頭文件避免重復(fù)包含就顯得十分重要了。那么，如何避免呢？下面就有一段代碼可以用來避免這種情況：

#ifndef __TEST_H__
#define __TEST_H__
    寫頭文件內(nèi)容
#endif

這段代碼就可以很好地解決了頭文件重復(fù)包含的問題，但是實際上，如果是在VS的環(huán)境下進行編譯，會自動在最開始的地方寫上：#pragma once，這句代碼一樣也是可以解決重復(fù)包含的問題。

那么，解決完頭文件重復(fù)包含的問題后，就來介紹兩種頭文件包含的方式：

1. 用引號包含的頭文件，例如：#include "test.h"。這種包含方式頭文件的查找策略是先在源文件所在的目錄下查找，如果該頭文件未被找到，編譯器就像查找?guī)旌瘮?shù)頭文件一樣在標(biāo)準(zhǔn)位置查找頭文件，如果還找不到，則會直接報錯。

2. 用尖括號包含頭文件，例如：#include 。這種包含方式則是未有第一步，直接進行第二步。

但是不能說為了保證萬無一失，直接把全部頭文件的包含都用引號進行包含，這樣的話有些時候其實是用尖括號的情況而錯用引號導(dǎo)致程序的執(zhí)行速度下降、效率下降等。

總結(jié)

本篇文章就到這里了，希望能夠給你帶來幫助，也希望您能夠多多關(guān)注腳本之家的更多內(nèi)容!     

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