【C语言】程序环境和预处理

一、编程常见的错误

1、编译型错误：指语法错误

2、链接型错误：链接期间发生的错误，找不到符号或写错了名字，例如“无法解析的外部符号”

3、运行时错误：运行的结果不是我们想要的

二、程序的翻译环境和运行环境

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。

1、翻译环境

源代码中可能会存在多个.c文件，分别经过编译器的处理，生成各自的目标文件

这些目标文件还需要和动态链接库和标准库等系统组件组合生成可执行程序，链接器的作用就是将多个目标文件和系统组件组合起来

那我们再仔细看一下编译和链接的内部流程，观察文件在每一步都发生了什么：

1.1编译

编译过程分为预编译（预处理）、编译、汇编三步

预编译（预处理）：

该步主要动作：1、头文件的包含2、define定义的符号的替换并删除宏定义3、注释的删除

这一步都是文本操作

编译：

该步主要动作：把C语言代码转化为汇编代码

符号汇总：汇总的是每个源代码中的全局符号，例如图中举例了两个.s文件，分别找到自己的符号名

汇编：

该步主要动作：1、把汇编代码转化为二进制指令2、将编译阶段汇总的符号形成符号表

符号表：把符号名和地址对应起来

1.2链接

该步主要动作：1、合并段表2、符号的合并和重定位

通过地址筛选出符号正确的地址（所以函数只有声明没有定义，会报链接错误）

2、运行环境

1. 程序载入内存：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. 程序开始执行：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：正常或异常终止main函数

三、预处理

1、内置符号

__FILE__    //进行编译的源文件的路径
__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

2、define定义标识符

#define MAX 1000//注意，定义标识符的时候，不要在末尾加分号

3、define定义宏

#define SQUARE(X) X*X
int main()
{
    int m = 5;
    int a = SQUARE(m + 1);//等价于5+1*5+1，等于11
    printf("%d",a);
    return 0;
}

宏是替换，这里等价于5+1*5+1，等于11

如果想要结果为X的平方，那么需要在宏定义阶段多加几个括号

#define SQUARE(X) ((X)*(X))//最外圈的括号也加上，不加的话10*SQUARE(3)也不是平方效果了
int main()
{
    int m = 5;
    int a = SQUARE(m + 1);//等价于(5+1)*(5+1),结果等于36
    printf("%d",a);
    return 0;
}

4、#define的替换方式

1、在调用宏时，首先对参数进行检查，替换标识符

2、按照宏的定义进行文本替换

注意：

1. 宏参数和#define 定义中可以出现其他#define定义的符号。但是宏，不能递归。
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。（字符串中出现宏名相同的符号并不会被替换）

5、#和##

1、#

这里用好字符串被多个双引号隔开，也会正常打印的特点。

#N让编译器知道这个N在预编译阶段不要替换

2、##

##起连接作用

6、宏和函数的优缺点

#define定义宏

函数

代 码 长 度

每次使用时，宏代码都会被插入到程序中。除了非常小的宏之外，程序的长度会大幅度增长

每次调用函数都是用那一段的代码

执 行 速 度

更快

函数的调用和返回需要开销，所以相对慢一些

操 作 符 优 先 级

宏参数的求值是在所有周围表达式的上下文环境里， 除非加上括号，否则邻近操作符的优先级可能会产生 不可预料的后果，所以建议宏在书写的时候多些括 号。

函数参数只在函数调用的时候求 值一次，它的结果值传递给函 数。表达式的求值结果更容易预 测。

带 有 副 作 用 的 参 数

参数可能被替换到宏体中的多个位置，所以带有副作用的参数求值可能会产生不可预料的结果。

函数参数只在传参的时候求值一 次，结果更容易控制。

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， 它就可以使用于任何参数类型。

函数的参数是与类型有关的，如 果参数的类型不同，就需要不同的函数。

调 试

宏无法调试

函数是可以逐语句调试的

递 归

宏不能递归的

函数可以递归的

7、#undef

#undef用于取消#define的定义

四、条件编译指令

1.
#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

防止头文件被重复包含的两种方法

#pragma once

#ifndef __TEXT_H__
#define __TEXT_H__
int Add(int a, int b);
#endif

五、使用<>h和" "引用头文件的区别

1、<>查找方式：直接去库目录下查找，如果找不到，报编译错误

2、""查找方式：先去代码所在的路径下查找，如果找不到，再去库目录下查找，如果找不到，报编译错误

六、写一个宏，模拟实现offsetof

#include <stdio.h>
#include <stddef.h>
struct S
{
    char a;
    int b;
    char c;
};    
#define OFFSETOF(type,member) (size_t)&(((type*)0)->member)
int main()
{
    printf("%d\n", OFFSETOF(struct S, a));
    printf("%d\n", OFFSETOF(struct S, b));
    printf("%d\n", OFFSETOF(struct S, c));
    return 0;
}

将0转换为结构体指针类型，作为0偏移量

该指针指向成员member

取出member的地址

强转为size_t类型即可得到结构体成员相对于0地址处的偏移量

六、写一个宏，可以将一个整数的二进制位的奇数位和偶数位交换。

#include <stdio.h>
#define CHANGE(n) ((n&0X55555555)<<1)+((n&0Xaaaaaaaa)>>1)
int main()
{
    int m = 0;
    scanf("%d", &m);
    printf("%d\n", CHANGE(m));
    return 0;
}