编译过程及数据类型（一）

1. g++ 编译过程

1.1 预处理

• 生成的文件：由 xxx.c（源文件） 生成 xxx.i（预处理文件）。

• 工具：预处理器（包含在gcc编译集合工具中）。

• 生成命令：gcc -E xxx.c -o xxx.i 其中-E是预处理参数

• 作用：

  • 头文件展开

    • 展开stdio.h、stdlib.h等头文件内容，并将其具体展开内容和其它源码放在一起，存放到xxx.i文件中。（#include<stdio.h>这些预处理命令在预处理文件xxx.i中就不存在了，已经被具体内容代替了）
    • 这个过程不负责检查语法错误，语法错误是在编译过程进行。所以，不管头文件里写的什么都可以，不管头文件后缀是什么格式都可以，都可以被展开和其他源码放在xxx.i中。

    这一点可以测试一下：编写一个名字为111.txt的头文件，里边随便写一些什么。再写一个名字为text.c的源文件，其中使用111.txt这个头文件，即：#include<111.txt>。将头文件和源文件放在一个目录下，然后再执行gcc -E text.c -o text.i -I.这个命令，在生成的text.i文件中可以看到，这个胡乱写的头文件，也被展开了和其他剩余代码反正了一起。（这个命令最后加了一个==-I.==，分别是短横线、大写字母i、英文句号，作用是表示源文件使用的头文件在同一个目录下，否则不加这个-I.的话就找不到头文件了）。

  • 宏定义替换

    • 将宏名替换为宏值。
    • 如：源文件中有 #define PI 3.14 ，并且下边代码使用了PI，那么在转化成的xxx.i预处理文件当中，#define PI 3.14 消失不见，同时，下边代码中所有PI都变成了3.14。

  • 替换注释

    • 单行、多行注释在xxx.i中会被空行代替。

  • 展开条件编译

    • 根据条件来展开代码。
    • 如：存在以下代码，#ifdef PI 这个代码就是一个条件，如果定义了PI，就会把代码printf("PI has been defined."); 放到xxx.i当中，同时#ifdef PI 和 #endif 消失不见。如果之前没有定义PI，那么#ifdef PI 和 printf("PI has been defined."); 和#endif 这一整块都不会再xxx.i中显示。

    #include<stdio.h>
    #define PI 3.14
    
    int main(void)
    {
        #ifdef PI
            printf("PI has been defined.");
        #endif
        return 0;
    }
    

1.2 编译

• 生成的文件：由 xxx.i（预处理文件） 生成 xxx.s（汇编文件）。
• 工具：编译器（包含在gcc编译集合工具中）。
• 生成命令：gcc -S xxx.i -o xxx.s 其中-S是编译参数
• 作用：
  • 逐行检查语法错误，这是gcc编译四个步骤当中最重要也是最耗时的。
  • 将C程序翻译成汇编指令，得到.s汇编文件。

1.3 汇编

• 生成的文件：由 xxx.s（汇编文件） 生成 xxx.o（目标文件）。目标文件是二进制的机器语言，人类看不懂。（注意，虽然是二进制文件，但是打开之后不是101010这些，因为我们看到的101010是一系列字符串，而不是计算机识别的那个101010）。
• 工具：汇编器（包含在gcc编译集合工具中）。
• 生成命令：gcc -c xxx.s -o xxx.o 其中-c是汇编参数
• 作用：
  • 翻译：将汇编指令翻译成对应的二进制指令。

1.4 链接

• 生成的文件：由 xxx.o（目标文件） 生成 xxx.exe（可执行文件）。可执行文件是二进制的机器语言，人类看不懂。
• 工具：链接器（包含在gcc编译集合工具中）。
• 生成命令：gcc xxx.o -o xxx.exe 无链接参数
• 作用：
  • 库引入：引入函数库，如：printf、system、scanf等函数的函数库。
  • 合并多目标文件
  • 合并启动例程（例程是调用main函数的）

1.5 小结

• 以上过程可以参照下图：

• 以上过程不必须一步一步来，可以直接从任一个前边的通过指令转化成任一个后边的，如：
  • 可以由xxx.c变成xxx.i（指令为gcc -E xxx.c -o xxx.i），
  • 也可以从xxx.c变成xxx.s（指令为gcc -S xxx.c -o xxx.s），
  • 也可以xxx.c变成xxx.o（指令为gcc -c xxx.c -o xxx.o），
  • 也可以xxx.c变成xxx.exe（指令为gcc xxx.c -o xxx.exe），
  • 也可以从xxx.i变成xxx.s（指令为gcc -S xxx.i -o xxx.s），
  • 也可以xxx.i变成xxx.o（指令为gcc -c xxx.i -o xxx.o），
  • 也可以xxx.i变成xxx.exe（指令为gcc xxx.i -o xxx.exe），
  • 以此类推（下图列举部分）…
    

2. main函数

2.1 main函数两种标准形式

• 无参：int main(void) {return 0;}

• 有参：int main (int argc, char *argv[]) {return 0;}

  ​ （其中*argv[]可以写成**argv[]）

2.2 main函数其他形式

• int main()

• void main()

• int main(int c)

• main()

• main(int c)

• 等等其他…这些虽然不是标准形式，但是编译器可以接受。

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3. 程序调试

• 程序调试是用来查找程序中出现的逻辑错误，并不是针对语法错误！无法错误是编辑器的事。

• 核心思想：让程序一行一行的执行。

• 行号：工具 —— 选项 —— 文本编辑器 —— c/c++ —— 行号（勾选）。

• 程序调试流程：

  • 添加断点：一个或者多个

    1.方法一：用鼠标左键单击想要添加断点这一行最左侧的灰色区域即可，再次点击则取消。

    2.方法二：鼠标光标停止在想要添加断点这一行的任意位置，按F9可以添加，再次按F9消失。

  • 调试：必须是在Debug模式下进行调试，不可以是Release模式。

  • F5启动调试（不同软件快捷键可能不同，可以在上方工具栏中查看）。

  • 断点之前的程序可以执行，断点之后的程序先不执行。

  • 调试方式：

    1.**逐语句执行。**快捷键F11，逐条语句执行下一行，遇见函数进入到函数当中（指自定义函数），函数中继续逐条语句执行，函数中执行完毕之后跳出函数继续逐条跟踪执行。

    2.**逐过程执行。**快捷键F10，逐个过程执行下一行，遇见函数，不进入函数内部，继续逐条跟踪执行。

    3.逐断点执行。代码中有多个断点时，点击上方工具栏中的“继续”直接跳转到下一个断点，没有快捷键。

    4.跳出函数：shift+10，可跳出当前断点所在的函数。（将该函数中未执行部分一次性执行）

4. 变量

4.1 变量的三要素

• 变量类型：整型、实型、字符型等等，用来开辟该变量的内存空间大小。
• 变量名：用于在程序中使用。
• 变量值：该变量存储的实际数据。

4.2 变量定义

• 定义语法：类型名 变量名 = 变量值。如：int a = 10;
• 定义变量的时候，内存中会开辟出相应的空间给变量，但是变量声明中不会开辟内存空间。

4.3 变量声明

• 语法：
  • 方法一：int a;没有变量值的变量定义，即为变量声明。
  • 方法二：extern int a;使用关键字extern进行声明。
• 特性：
  • 如果想使用变量，必须先对他进行定义。
  • 编译器在使用变量之前，会向前查找定义，如果没有定义，编译器会自动找到该变量的声明，把他提升为定义。
  • 上一条中，如果是用extern进行声明的，不能提升。

5. 常量

常量是指不会变化，不会被修改的数据。大体可以有以下三种：

• “hello”是字符串常量，'a’是字符常量，25是整型常量，63.335是实型常量。
• 使用define进行宏定义（最常用），语法：#define 宏名 宏值。比如：#define PI 3.14
  • 注意宏名和宏值中间没有等号，句尾也没有任何符号
• 使用关键字const，语法：const 类型名 变量名 = 变量值 比如：const int a = 1;
  • a本来是变量，但是经过const这个关键字修饰之后，就变成了只读变量。

6. 标识符

• 变量名和常量名的总称。

6.1 硬性要求

• 标识符由字母、数字、下划线（_）组成。
• 标识符不可以是关键字和函数名，如main、system、return、float等均不可以。
• 标识符不可以由数字开头，可以是字母和下划线开头。
• 大小写区分：
  • 通常使用大写字母来表示常量，如：#define MAX 200
  • 通常使用小写字母来表示变量，如：int a = 10;

6.2 命名规范

• 大驼峰法：int HelloWorldHahaHohoHehe = 10;

  • 多个单词组成变量名，每个单词首字母大写。

• 小驼峰法：int helloWorldHahaHohoHehe = 10;

  • 多个单词组成变量名，首个单词的首字母小写，其余每个单词首字母大写。

• 小写+下划线：int hello_world_haha_hoho_hehe = 10;

  • C 语言专用！

7. sizeof关键字

• sizeof不是函数，他是关键字。
• 用来求取数据类型、变量所用内存空间的大小。
• 使用方法：
  • sizeof(变量名) 返回变量的大小，单位是字节。
  • sizeof(数据类型) 返回数据类型所占内存空间的大小，单位是字节。
  • sizeof 变量名 C语言的语法支持该写法，不常用。

8. printf函数

• printf是格式化输出函数。
• 一般形式为：printf("格式匹配符", 输出表列)；

8.1 格式匹配符d

常用形势有 %d %md %-md %ld %lld %hd

• %d表示按照整型数据的实际位数输出。
• %md表示输出数据位数，如果m小于数据的实际位数，则按照数据实际位数输出，如果m大于数据的实际位数，则输出m位，结果右对齐，左侧空格补齐。
• %-md表示当m大于数据实际位数时，输出m位，结果左对齐，右侧空格补齐。
• %ld中字母l表示长整型。可以加入m、n、负号等修饰，规则同上。
• %lld中字母ll表示long long整型。可以加入m、n、负号等修饰，规则同上。
• %hd中字母h表示短整型。可以加入m、n、负号等修饰，规则同上。

#include <stdio.h>
int main(void)
{
    int a = 222, m = 555;
    short int b = 3;
    long int c = 4;
    long long int d = 5;
    
    printf("%d\n",a);
    printf("%4d,%2d\n",a,a);
    printf("%4d,%-4d\n",a,a);
    printf("%04d,%4d\n",a,a);
    printf("%d + %d = %d\n",a, m, a+m);
    
    printf("%hd",b);
    printf("%ld",c);
    printf("%lld",d);
    
    return 0;
}

8.2 格式匹配符f

• 常用的形式由：%f %m.nf %-m.nf %mf %.nf
• %f是按照实际长度输出实型数据。
• %-m.nf中m是正整数，表示数据的宽度，包括小数部分、小数点和整数部分；n是正整数，表示小数位数。

#include <stdio.h>
int main(void)
{
    float a = 3.1425;
    printf("%f\n",a);
    printf("%5.2f\n",a);
    printf("%.2f\n",a);
    printf("%-5.2f\n",a);
    printf("%7.3f\n",a);
    printf("%f\n",a);
    printf("%4.8f\n",a);
    
    return 0;
}

8.3 字符型格式匹配符

• 常用形式%c，输出一个字符。

#include<stdio.h>
int main(void)
{
    char c = 'A';
    printf("%c",c);
    return 0;
}

8.4 字符串格式匹配符

• 常用形式%s和%m.ns。m表示允许输出的字符串长度，n表示对字符串截取的字符个数。

#include<stdio.h>
int main(void)
{
    printf("%s\n","ABCDEFGHI");
    printf("%3.2s\n","ABCDEFGHI");
    printf("%-3s,%3s\n","ABCDEFGHI","ABCDEFGHI");
    printf("%-.2s\n","ABCDEFGHI");
    printf("%12.2s,%-12.2s\n","ABCDEFGHI","ABCDEFGHI"); 
    printf("%12s,%-12s\n","ABCDEFGHI","ABCDEFGHI");
    
    return 0;
}

9. 整型

获取数据类型的最大值最小值的时候，需要使用头文件#include<limits.h>

9.1 有符号整型

#include <stdio.h>
#include <limits.h>

int main(void)
{
    printf("short的大小为：%d个字节\n",sizeof(short));
    printf("short的最小值是：%hd，最大值是：%hd\n",SHRT_MIN,SHRT_MAX);
    
    printf("int的大小为：%d个字\n",sizeof(int));
    printf("int的最小值是：%d，最大值是：%d\n",INT_MIX,INT_MAX);
    
    printf("long的大小为：%d个字节\n",sizeof(long));
    printf("long的最小值是：%ld，最大值是：%ld\n",LONG_MIN,LONG_MAX);
    
    printf("long long的大小为：%d个字节\n",sizeof(long long));
    printf("long long的最小值是：%lld，最大值是：%lld",LLONG_MIN,LLONG_MAX);
    
    return 0;
}

9.2 无符号整型

#include <stdio.h>
#include <limits.h>

int main(void)
{
    printf("unsigned short的大小为：%d个字节\n",sizeof(unsigned short));
    printf("unsigned short的最大值是：%hu\n",USHRT_MAX);
    
    printf("unsigned int的大小为：%d个字\n",sizeof(unsigned int));
    printf("unsigned int的最大值是：%u\n",UINT_MAX);
    
    printf("unsigned long的大小为：%d个字节\n",sizeof(unsigned long));
    printf("long的最大值是：%lu\n",ULONG_MAX);
    
    printf("unsigned long long的大小为：%d个字节\n",sizeof(unsigned long long));
    printf("long long的最大值是：%llu",ULLONG_MAX);
    
    return 0;
}

诚挚感谢传智播客王飞老师的详细讲解以及提供的素材。