C++程序生命周期

发布于 2023-04-26 | 作者: 许糖豆 | 来源: CSDN博客 | 转载于: CSDN博客

C/C++ 程序的生命周期

• 预处理阶段
  预处理器（cpp）根据以字符#开头的命令，修改原始的C程序。比如hello.c中第一行的#include<stdio.h>命令告诉预处理器读取系统头文件stdio.h的内容，并把它直接插入程序文本中，结果就得到了另一个C程序，通常是以.i作为文件扩展名。

g++ –E hello.cpp -o hello.i //将hello.c预处理输出hello.i

• 编译阶段
  编译器（ccl）将文本文件hello.i翻译成文本文件hello.s，它包含一个汇编语言程序。汇编语言程序中的每条语句都以一种标准的文本格式确切的描述了一条低级机器语言指令。

g++ -S hello.i -o hello.s //将预处理输出文件hello.i汇编成hello.s文件

• 汇编阶段
  汇编器（as）将hello.s翻译成机器语言指令，把这些指令打包成一种可重定位目标程序的格式，并将结果保存在目标文件hello.o中。hello.o文件是一个二进制文件，它的字节编码是机器语言指令而不是字符，如果我们在文本文件中打开hello.o文件，看到的将是一堆乱码。

g++ -c hello.i -o hello.o //将预处理输出文件hello.i汇编成hello.s文件

• 链接阶段
  链接器（ld）负责处理合并目标代码，生成一个可执行目标文件，可以被加载到内存中，由系统执行。

g++ hello.o -o hello //将预处理输出文件hello.i汇编成hello.s文件

1. 预处理阶段

1.1. #define 预处理

#define macro-name replacement-text
#include <iostream>
using namespace std;
 
#define PI 3.14159
 
int main ()
{
    cout << "Value of PI :" << PI << endl; 
 
    return 0;
}

现在，让我们测试这段代码，看看预处理的结果。假设源代码文件已经存在，接下来使用 -E 选项进行编译，并把结果重定向到 test.p

$ gcc -E test.cpp > test.p
...
int main ()
{ 
    cout << "Value of PI :" << 3.14159 << endl; 

    return 0;
}

1.2. 参数宏定义

#include <iostream>
using namespace std;
 
#define MIN(a,b) (a<b ? a : b)
 
int main ()
{
   int i, j;
   i = 100;
   j = 30;
   cout <<"较小的值为：" << MIN(i, j) << endl;
 
    return 0;
}

1.3. 条件编译

#include <iostream>
using namespace std;
#define DEBUG
 
#define MIN(a,b) (((a)<(b)) ? a : b)
 
int main ()
{
   int i, j;
   i = 100;
   j = 30;
#ifdef DEBUG
   cerr <<"Trace: Inside main function" << endl;
#endif
 
#if 0
   /* 这是注释部分 */
   cout << MKSTR(HELLO C++) << endl;
#endif
 
   cout <<"The minimum is " << MIN(i, j) << endl;
 
#ifdef DEBUG
   cerr <<"Trace: Coming out of main function" << endl;
#endif
    return 0;
}

#ifdef NULL
   #define NULL 0
#endif

1.4. # 和 ## 运算符

• #: 构串操作符
• ##:合并操作符
  合并操作符##将出现在其左右的字符序列合并成一个新的标识符
  注意：使用合并操作符##时，自身的标识符必须预先有定义，否则编译器会报“标识符未定义”的编译错误。字符序列合并成新的标识符不是字符串。

#include <iostream>
using namespace std;
 
#define MKSTR( x ) "first"#x


#define CLASS_NAME(name) aaa##name
#define MERGE(x,y) x##y##x

char aaaTimer[] = "this is aaaTimer";
int meTome = 10;

int main ()
{
    cout << MKSTR(HELLO C++) << endl;

    cout <<  CLASS_NAME(Timer) << endl;    

    cout <<  MERGE(me,To) << endl;   
    
    return 0;
}

-> % ./a.out         
firstHELLO C++
this is aaaTimer
10

2. 编译阶段

2.1. 静态断言（static_assert）

它是编译阶段里检测各种条件的“断言”，编译器看到 static_assert 也会计算表达式的值，如果值是 false，就会报错，导致编译失败。 static_assert 是“静态断言”，在编译阶段计算常数和类型，如果断言失败就会导致编译错误。它也是迈向模板元编程的第一步。
比如说，这节课刚开始时的斐波拉契数列计算函数，可以用静态断言来保证模板参数必须大于等于零：

char* p = nullptr;
static_assert(p == nullptr, "some error.");  // 错误用法

2.2. 动态断言

它用来断言一个表达式必定为真。比如说，数字必须是正数，指针必须非空、函数必须返回 true

assert(i > 0 && "i must be greater than zero");
assert(p != nullptr);
assert(!str.empty());

assert 的作用是现计算表达式 expression ，如果其值为假（即为0），那么它先向 stderr 打印一条出错信息,然后通过调用 abort 来终止程序运行。
使用 assert 的缺点是，频繁的调用会极大的影响程序的性能，增加额外的开销。
在调试结束后，可以通过在包含 #include 的语句之前插入 #define NDEBUG 来禁用 assert 调用，示例代码如下