C编程

编译基础
在学习了 C 编程的基本概念后，我们可以简要讨论编译过程。

像任何编程语言一样，C 本身对微处理器是完全不可理解的。C 的目的是为人类提供一种直观的方式，来给出可以轻松转化为机器码并且微处理器能理解的指令。编译器就是将我们可读的源代码转换成机器码的工具。

对于编程初学者来说，这似乎非常简单。一个初级的编译器可能会读取每个源文件，将所有内容转化为机器码，并输出可执行文件。这是可行的，但有两个严重的问题。首先，对于一个大型项目，计算机可能没有足够的内存一次性读取所有源代码。其次，如果你修改了一个源文件，你将不得不重新编译整个应用程序。

为了解决这些问题，编译器将工作分解为多个步骤。对于每个源文件（每个 .c 文件），编译器会读取该文件，读取它通过 #include 指令引用的文件，并将它们翻译成机器码。结果是一个“目标文件”（.o）。所有目标文件创建完成后，一个“链接器”程序会收集所有目标文件并生成实际的可执行程序。这样，如果你修改了一个源文件，只需要重新编译该文件，然后应用程序就需要重新链接。

在不详细讲解的情况下，简单了解编译过程的概述是有益的。

预处理器

预处理器提供了包括所谓头文件、宏扩展、条件编译和行控制的功能。通过将适当的预处理器指令插入到代码中，可以访问这些功能。在编译源代码之前，一个特殊的程序——预处理器，会扫描源代码中的标记或特殊字符串，并根据特定规则将其替换为其他字符串或代码。C 预处理器技术上并不属于 C 语言的一部分，而是由编译器软件提供的工具。

所有预处理器指令都以井号（#）开头。你可以在 "Hello world" 程序中看到一个预处理器指令。例如：

#include <stdio.h>

此指令使得 stdio 头文件被包含到程序中。其他指令如 #pragma 控制编译器设置和宏。预处理阶段的结果是一个文本字符串。你可以将预处理器看作是一个非交互式的文本编辑器，它会修改你的代码，为编译做准备。预处理指令的语法与 C 语言的语法无关，因此 C 预处理器也可以独立使用，用于处理其他类型的文本文件。

语法检查

这一阶段确保代码有效，并能够顺利地序列化为可执行程序。在大多数编译器中，如果程序有潜在问题（例如条件语句总是为真或为假等），你可能会收到消息或警告。

当程序中检测到错误时，编译器通常会报告文件名和阻止编译的行。

目标代码

编译器生成与源代码相对应的机器码，但此时代码本身不能执行，因为还需要链接才能执行。

在讲解了基础内容后，需要注意的是，编译是一个“单行道”。也就是说，将 C 源文件编译成机器码是容易的，但“反编译”（将机器码转回 C 源代码）则不容易。虽然 C 的反编译工具确实存在，但它们生成的代码很难理解，只能用于逆向工程。

链接

链接将分开的目标文件组合成一个完整的程序，通过集成库和代码，最终生成一个可执行程序或库。链接由链接器程序执行，链接器通常是编译器套件的一部分。

在此阶段常见的错误是缺失或重复的函数。

自动化

对于大型 C 项目，许多程序员选择自动化编译，既为了减少用户交互需求，也为了通过仅重新编译修改过的文件来加速过程。

大多数集成开发环境（IDE）都有某种项目管理功能，这使得自动化变得非常简单。然而，项目管理文件通常只能由使用相同集成开发环境的用户使用，因此任何想要修改项目的人都需要使用相同的 IDE。

在类似 UNIX 的系统中，make 和 Makefile 常用于完成相同的任务。make 是传统的、灵活的，并且是大多数 Unix 和 GNU 分发版的标准开发工具之一。

Makefile 已被 GNU Autotools 扩展，包含 Automake 和 Autoconf，用于使软件能够在多种类型的机器上进行编译、测试、翻译和配置。Automake 和 Autoconf 在各自的手册中有详细介绍。

Autotools 经常被认为比较复杂，因此出现了许多更简单的构建系统。现在，GNOME 项目的许多组件使用声明性更强的 Meson 构建系统，它虽然不如 Autotools 灵活，但更专注于简单地提供大多数构建系统常见的功能。其他用于 C 语言编写程序的流行构建系统包括 CMake 和 Waf。

一旦 GCC 安装完成，可以通过列出尚未编译的 C 源文件来调用它。例如，如果文件 main.c 中包含在 myfun.h 中描述的函数，并在 myfun_a.c 和 myfun_b.c 中实现，那么只需要写：

gcc main.c myfun_a.c myfun_b.c

myfun.h 已经在 main.c 中包含，但如果它在一个单独的头文件目录中，可以在 -I 开关后列出该目录。

在较大的程序中，Makefile 和 GNU make 程序可以将 C 文件编译为以 .o 后缀结尾的中间文件，这些文件可以通过 GCC 链接。

如何编译每个目标文件通常会在 Makefile 中描述，目标文件作为标签，以冒号结尾，后面跟着两个空格（制表符常常引起问题），再后面是其他依赖的文件列表，例如 .c 文件和在其他部分编译的 .o 文件，接下来的行是调用 GCC 所需的命令。

输入 man make 或 info make 通常会提供有关如何使用 make 和 GCC 所需的信息。

尽管 GCC 有很多选项开关，但常用的一个是 -g，它用于生成调试信息，以便 gdb 在逐步执行机器码程序时显示源代码。gdb 有一个 h 命令，显示它能做什么，并通常通过 gdb a.out 启动，如果 a.out 是通过 GCC 编译的匿名可执行机器码文件。