✅作者简介：大家好我是@每天都要敲代码，一位材料转码农的选手，希望一起努力，一起进步！
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前言：Hello! 我是@每天都要敲代码！今天就带领大家学习C语言的知识点最后一课：程序的编译(预处理操作)和链接；这一部分的内容知识点也挺重要的；希望大家好好学习打好C基础！学完C后就给大家带来：数据结构、Linux、Java的更新；大家一起加油！一起进步！

注意：这部分的内容会用到一些Linux的相关知识，这里我都会运行给出界面；感兴趣的小伙伴也可以自己安装VMvare虚拟机和Centos镜像，官网上都有！

🍅1. 程序的翻译环境和执行环境

在ANSI C的任何一种实现中，存在两个不同的环境。
第1种是翻译环境：在这个环境中将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。

🍅2. 详解编译+链接

🍉2.1 翻译环境

如何通过翻译环境把test.c翻译成可执行程序test.exe？

根据上图画出自己理解的图形：

🧅组成一个程序的每个源文件通过编译过程分别转换成目标代码（object code）。
🧅每个目标文件由链接器（linker）捆绑在一起，形成一个单一而完整的可执行程序。
🧅链接器同时也会引入标准C函数库中任何被该程序所用到的函数，而且它可以搜索程序员个人的程序库，将其需要的函数也链接到程序中。

🍉2.2 编译3个阶段：

🧅预编译(预处理)、编译、汇编

⭐️因为VS是集成开发环境，所以我们用Linux下的gcc编译器一步步分析每一个过程；

⭐️我们把代码利用vim编辑器写到test.c文件里，如果直接gcc test.c会直接完成编译，生成一个a.out可执行程序(二进制文件)；

⭐️运行这个a.out就可以得到我们最终的结果：./a.out；

🍒2.2.1 预编译(预处理)

🧅gcc test.c -E > test.i===>什么意思呢？>代表的是重定向，就是把前面生成的内容重定向到test.i文件中！在给大家补充一个 >>这又是什么意思呢？与 > 又有什么区别呢？

🧅对于 > 其实相当于覆盖，用>重定向到一个文件里，这个文件里的数据就会被新的覆盖

🧅对于>>其实相当于追加，用>>重定向到一个文件里，原来的数据还会保存，只是追加新的内容进去！

🧅—E表示预处理完就结束：

⭐️完成了头文件的包含 #include；
⭐️#deifne定义的符号和宏的替换；

⭐️注释删除；

以上其实都是文本操作！

🍒2.2.2 编译

🧅gcc test.i -S；生成test.s文件===》把C语言代码转化为汇编代码

⭐️语法分析；

⭐️词法分析
⭐️语义分析；

⭐️符号汇总；

🍒2.2.3 汇编

🧅gcc test.s -c；生成test.o(相当于windows下的test.obj)文件===>把汇编代码转换成了机器指令(二进制指令)；

🧅生成符号表：是把前面的符号汇总得到的所有全局符号；

🧅test.o这个文件是elf格式，readelf这个工具可以读懂test.o里面的二进制代码，readelf -s test.o

🍉2.3 链接

🧅链接：把多个目标文件和连接库进行链接！

⭐️合并段表：我们生成的目标文件test.o文件是elf格式，elf格式是由一些段组成的；多个目标文件链接生成一个可执行程序a.out(也是elf格式)；在合并段表的时候把相同段的合并到一起！

⭐️符号表的合并和重定位：把有效的符号表进行保留，比如：我们在写项目的时候对于一个函数Add，在函数的声明里有Add；在函数的具体实现里也有Add；函数声明的Add没有什么实际意义，只保存一个有效的Add==》最后生成可执行程序！

🍉2.4 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。

🍅3. 预处理详解

🍉3.1 预定义符号

🧅这些预定义符号都是语言内置的！例：

🧅对于__SDC__，VS编译器是不支持的；Linux下gcc编译器是支持的；例：

🧅预定义符号用在哪里呢？一般用在写日志文件里面！例：

🍉3.2 #define

🍒3.2.1 #define 定义符号

#define不仅仅用来定数字：

🧅#define reg register；为 register这个关键字，创建一个简短的名字；

🧅#define do_forever for(;;)；用更形象的符号来替换一种实现；do_forever; 就代表死循环；相当于for(;;); ；for(;;)死循环，; 代表循环体循环的是一个空语句；

🧅#define CASE break;case；在写case语句的时候自动把 break写上；

🧅如果定义的过长，可以分成几行写，除了最后一行外，每行的后面都加一个反斜杠(续行符)；

🍒3.2.2 #define 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。在定义宏的时候，一定要注意括号的问题！

🧅所以用于对数值表达式进行求值的宏定义都应该用这种方式加上括号，避免在使用宏时由于参数中的操作符或邻近操作符之间不可预料的相互作用。

🍒3.2.3 #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。

🧅注意：
⭐️宏参数和#define 定义中可以出现其他#define定义的常量。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。

🧅例1：

🧅例2：

🍒3.2.4 #和##（了解）

🧅补充知识点

🧅如何把参数插入到字符串中？用宏定义和#

⭐️用函数不行

⭐️用宏#

但是这个代码不太通用，如果我们打印浮点型数据呢？还用%d有点不太合适，所以我们不妨再传一个参数！

⭐️用宏#代码优化

🧅##把两个符号合成一个符号；不是和成一个字符串

⭐️例：

🍒3.2.5 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：x+1；不带副作用
x++；带有副作用

🧅一个理解副作用的例子：
int a=1; int b = a+1; b=2, a=1
int a=1; int b = ++a; b=2, a=2 =====》++a是有副作用的，把原来a的值也改变了

🧅宏可以证明具有副作用的参数所引起的问题。

⭐️例：

🍒3.2.6 宏和函数对比

宏通常被应用于执行简单的运算。比如在两个数中找出较大的一个。比如求最大值：

🧅那为什么不用函数来完成这个任务？
⭐️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、浮点型等可以用于大于（>）来比较的类型。宏是类型无关的。
🧅当然和宏相比函数也有劣势的地方：
⭐️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。调试是在经过：编译、链接、生成可执行程序才可以调试；宏在预编译就被替换了。
⭐️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，导致程容易出现错。
宏有时候可以做函数做不到的事情。比如：宏的参数可以出现类型，但是函数做不到。

🧅例：

🧅宏和函数的对比：

扩展：内联函数(inline)结合了宏的优点和函数的优点！

🧅命名约定
一般来讲函数的宏的使用语法很相似。所以语言本身没法帮我们区分二者。
那我们平时的一个习惯是：
⭐️把宏名全部大写
⭐️函数名不要全部大写

🍉3.3 #undef

🧅这条指令用于移除一个宏定义。

🍉3.4 命令行定义

许多C 的编译器提供了一种能力，允许在命令行中定义符号。用于启动编译过程。
🧅例：当我们根据同一个源文件要编译出不同的一个程序的不同版本的时候，这个特性有点用处。（假定某个程序中声明了一个某个长度的数组，如果机器内存有限，我们需要一个很小的数组，但是另外一个机器内存大写，我们需要一个数组能够大写。那不如这个数组的大小我们就在命令行里定义）

🧅命令行的定义也需要在Linux环境下验证；比如下面这段代码

🧅那么我们可以在编译的时候指定参数M，这需要-D选项，不太明白？我们直接演示！

🍉3.5 条件编译

满足条件编译，不满足条件不编译！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。比如说：调试性的代码，删除可惜，保留又碍事，所以我们可以选择性的编译。

总结： #ifdef 条件…..#endif；如果前面用#define定义了这个条件，就可以编译…..里面的内容，如果没有，就跳过！

🍒常见的条件编译指令：

⭐️（1）

如果常量表达式为真，就进行里面内容的编译；如果为假，就跳过！这里形式很多样，这里就简单列举几个常见的使用：

第一种：

第二种：

第三种：

⭐️（2）多个分支的条件编译

⭐️（3）判断是否被定义

第一种写法ifdef：如果定义了参与编译

第二种写法ifndef：如果没定义参与编译

⭐️（4）嵌套指令

🍉3.6 文件包含

我们已经知道， #include预处理指令可以使另外一个文件被编译。就像它实际出现于 #include 指令的地方一样。这种替换的方式很简单：
⭐️预处理器先删除这条指令，并用包含文件的内容替换。
⭐️这样一个源文件被包含10次，那就实际被编译10次。

🍒3.6.1 头文件被包含的方式

🧅本地头文件包含

比如：我们在写通讯录的时候，分为三个模块：contact.h头文件的而包含和函数声明等、contact.c具体函数的实现等、test.c测试通讯录的功能等；那么我们test.c模块要想使用contact.h模块的东西，怎们办呢？只需要进行本地头文件的而包含：#include “contact.h”

🧅库头文件包含

就是我们常用的库函数要包含的头文件，例如：#include<stdio.h>

🧅对比：“contact.h”这种双引号的方式，是本地头文件的包含，是自己定义的头文件；

<stdio.h>这种尖括号的方式，是库里面的头文件包含，是库里面的

🧅<>括号和“”号的本质区别：查找策略的区别；

查找策略：“”号先在源文件所在目录下查找，如果该头文件未找到；编译器就像查找库函数头文件一样在标准位置查找头文件。如果找不到就提示编译错误。

⭐️” “的查找：自己代码所在的目录下查找；如果第1查找不到，则在库函数的头文件目录下查找
⭐️<>的查找：直接去库函数头文件所在的目录下查找

有了上面的理解，我们是不是可以认为“”比<>的范围更广一下？这样是不是可以说，对于库文件也可以使用 “” 的形式包含？答案是肯定的，可以。但是这样做查找的效率就低些，当然这样也不容易区分是库文件还是本地文件了。

🧅VS环境的标准头文件的路径：C:\Program Files (x86)\Windows Kits\10\Include\10.0.19041.0\ucrt根据自己安装的路径查找！

🧅Linux环境的标准头文件的路径：直接cd /usr/include进到这个目录，然后ls就能查看到了！

🍒3.6.2 嵌套文件包含

如果是下面的场景，就有可能造成一个头文件被多次包含：

comm.h和comm.c是公共模块。test1.h和test1.c使用了公共模块。test2.h和test2.c使用了公共模块。test.h和test.c使用了test1模块和test2模块。这样最终程序中就会出现两份comm.h的内容。这样就造成了头文件的多次包含，最终造成文件内容的重复！