目录
C语言的标准
K&R C
C89
C90
C99
C11
C18
C2x
C语言的编程机制
示例
1.预处理(Preprocessing)
2.编译(Compilation)
3.汇编(Assemble)
4.链接(Linking)
结语
参考文献
C语言的标准
c语言标准的发展主要分为以下几个阶段:
K&R C
1978年,丹尼斯·里奇(Dennis Ritchie)和布莱恩·科尔尼干(Brian Kernighan)出版了一本书,名叫《The C Programming Language》。这本书被C语言开发者们称为“K&R”,很多年来被当作C语言的非正式的标准说明。人们称这个版本的C语言为“K&R C”。
C89
为统一C语言版本,1983年美国国家标准局(American National Standards Institute,简称ANSI)成立了一个委员会,来制定C语言标准。1989年C语言标准被批准,被称为ANSI X3.159-1989 “Programming Language C”。这个版本的C语言标准通常被称为ANSI C。又由于这个版本是 89年完成制定的,因此也被称为C89。
C90
后来ANSI把这个标准提交到ISO(国际化标准组织),1990年被ISO采纳为国际标准,称为ISO C。又因为这个版本是1990年发布的,因此也被称为C90。所以ANSI C、ISO C、C89、C90这4个标准的内容其实是一样的。
C99
在ANSI C标准确立之后,C语言的规范在很长一段时间内都没有大的变动。1995年C程序设计语言工作组对C语言进行了一些修改,成为后来的1999年发布的ISO/IEC 9899:1999标准,通常被成为C99。但是各个公司对C99的支持所表现出来的兴趣不同。当GCC和其它一些商业编译器支持C99的大部分特性的时候,微软和Borland却似乎对此不感兴趣。
C11
在2011年12月,ANSI采纳了ISO/IEC 9899:2011标准,这个标准通常即C11。
C18
2018年6月发布的ISO/IEC 9899:2018标准,这个标准被称为C18,是目前最新的C语言编程标准,该标准主要是对C11进行了补充和修正,并没有引入新的语言特性。
C2x
下一个版本的C语言标准,预计将于2022年12月1日完成。
C语言的编程机制
C语言程序从源代码到二进制行程序都经历了那些过程?本文以Linux下C语言的编译过程为例,讲解C语言程序的编译过程。
编写hello world C程序:
// hello.c
#include <stdio.h>
int main(){
printf("hello world!\n");
}
编译过程只需:
$ gcc hello.c # 编译
$ ./a.out # 执行
hello world!
这个过程如此熟悉,以至于大家觉得编译事件很简单的事。事实真的如此吗?我们来细看一下C语言的编译过程到底是怎样的。
上述gcc命令其实依次执行了四步操作:1.预处理(Preprocessing), 2.编译(Compilation), 3.汇编(Assemble), 4.链接(Linking)。
示例
为了下面步骤讲解的方便,我们需要一个稍微复杂一点的例子。假设我们自己定义了一个头文件mymath.h
,实现一些自己的数学函数,并把具体实现放在mymath.c
当中。然后写一个test.c
程序使用这些函数。程序目录结构如下:
├── test.c
└── inc
├── mymath.h
└── mymath.c
程序代码如下:
// test.c
#include <stdio.h>
#include "mymath.h"// 自定义头文件
int main(){
int a = 2;
int b = 3;
int sum = add(a, b);
printf("a=%d, b=%d, a+b=%d\n", a, b, sum);
}
头文件定义:
// mymath.h
#ifndef MYMATH_H
#define MYMATH_H
int add(int a, int b);
int sum(int a, int b);
#endif
头文件实现:
// mymath.c
int add(int a, int b){
return a+b;
}
int sub(int a, int b){
return a-b;
}
1.预处理(Preprocessing)
预处理用于将所有的#include头文件以及宏定义替换成其真正的内容,预处理之后得到的仍然是文本文件,但文件体积会大很多。gcc
的预处理是预处理器cpp
来完成的,你可以通过如下命令对test.c
进行预处理:
gcc -E -I./inc test.c -o test.i
或者直接调用cpp
命令
$ cpp test.c -I./inc -o test.i
上述命令中-E
是让编译器在预处理之后就退出,不进行后续编译过程;-I
指定头文件目录,这里指定的是我们自定义的头文件目录;-o
指定输出文件名。
经过预处理之后代码体积会大很多:
X | 文件名 | 文件大小 | 代码行数 |
---|---|---|---|
预处理前 | test.c | 146B | 9 |
预处理后 | test.i | 17691B | 857 |
预处理之后的程序还是文本,可以用文本编辑器打开。
2.编译(Compilation)
这里的编译不是指程序从源文件到二进制程序的全部过程,而是指将经过预处理之后的程序转换成特定汇编代码(assembly code)的过程。编译的指定如下:
$ gcc -S -I./inc test.c -o test.s
上述命令中-S
让编译器在编译之后停止,不进行后续过程。编译过程完成后,将生成程序的汇编代码test.s
,这也是文本文件,内容如下:
// test.c汇编之后的结果test.s
.file "test.c"
.section .rodata
.LC0:
.string "a=%d, b=%d, a+b=%d\n"
.text
.globl main
.type main, @function
main:
.LFB0:
.cfi_startproc
pushl %ebp
.cfi_def_cfa_offset 8
.cfi_offset 5, -8
movl %esp, %ebp
.cfi_def_cfa_register 5
andl $-16, %esp
subl $32, %esp
movl $2, 20(%esp)
movl $3, 24(%esp)
movl 24(%esp), %eax
movl %eax, 4(%esp)
movl 20(%esp), %eax
movl %eax, (%esp)
call add
movl %eax, 28(%esp)
movl 28(%esp), %eax
movl %eax, 12(%esp)
movl 24(%esp), %eax
movl %eax, 8(%esp)
movl 20(%esp), %eax
movl %eax, 4(%esp)
movl $.LC0, (%esp)
call printf
leave
.cfi_restore 5
.cfi_def_cfa 4, 4
ret
.cfi_endproc
.LFE0:
.size main, .-main
.ident "GCC: (Ubuntu 4.8.2-19ubuntu1) 4.8.2"
.section .note.GNU-stack,"",@progbits
请不要问我上述代码是什么意思!-_-
3.汇编(Assemble)
汇编过程将上一步的汇编代码转换成机器码(machine code),这一步产生的文件叫做目标文件,是二进制格式。gcc
汇编过程通过as
命令完成:
$ as test.s -o test.o
等价于:
gcc -c test.s -o test.o
这一步会为每一个源文件产生一个目标文件。因此mymath.c
也需要产生一个mymath.o
文件
4.链接(Linking)
链接过程将多个目标文以及所需的库文件(.so等)链接成最终的可执行文件(executable file)。
命令大致如下:
$ ld -o test.out test.o inc/mymath.o ...libraries...
结语
经过以上分析,我们发现编译过程并不像想象的那么简单,而是要经过预处理、编译、汇编、链接。尽管我们平时使用gcc
命令的时候没有关心中间结果,但每次程序的编译都少不了这几个步骤。也不用为上述繁琐过程而烦恼,因为你仍然可以:
$ gcc hello.c # 编译
$ ./a.out # 执行
参考文献
1.https://www3.ntu.edu.sg/home/ehchua/programming/cpp/gcc_make.html
2.http://www.trilithium.com/johan/2005/08/linux-gate/
3.https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gccint/Collect2.html