Compiler und Präprozessor (1) Erstellen eines Projektes

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1 Compiler und Präprozessor (1) Erstellen eines Projektes Projekte bestehen meist aus mehreren Dateien, z.b. Quelldateien, Funktionssammlungen in Bibliotheken Zur Definition eines Projektes sind folgende Schritte notwendig: Projektverzeichnis und Projektname Alle notwendigen Quelltext- und Headerdateien Alle benötigten Bibliotheken, d.h. lauffähige Module, die Teilfunktionalität enthalten Compiler- und Link-Optionen Quelltext-Dateien Enthalten eigentlichen Quelltext Jede Datei beschreibt in der sogenannten modularen Programmierung ein in sich abgeschlossenes Modul Von außen sind Module über Schnittstellen bedienbar ausgewählte Funktionen eines Moduls, die zur Steuerung verwendet werden Header-Dateien Beinhalten Bekanntmachungen (Deklarationen), die der Compiler zur Übersetzung benötigt, und Informationen über neu definierte Datentypen Werden zur Übersetzung von Quelltext-Dateien benötigt

2 Compiler und Präprozessor (2) Übersetzen von Programmen Quelltextdatei Präprozessor Kontrolle präprozessierte Datei Compiler Optimierung Assembler-Datei Assemblierer Objektdatei

3 Compiler und Präprozessor (3) Übersetzen von Programmen Projekt kann aus mehreren Quelldateien bestehen, für jede muss gesamte Sequenz durchlaufen werden An den punktierten Linien kann Übersetzungssequenz abgebrochen werden und eine entsprechende Ausgabedatei erzeugt werden Präprozessor: simpler Textersetzer, durchsucht Quelldatei nach sogenannten Präprozessoranweisungen Quelltext wird also modifiziert, bevor er durch Compiler übersetzt wird Übersetzungsvorgang Untersuchung des Quelltextes nach einfachen Fehlern Übersetzung des C-Quelltextes in Assemblersprache Dadurch Einbindung von verschiedenen Assemblierern möglich Übersetzung kann durch Compileroption hier abgebrochen und Assemblerquelltext ausgegeben werden

4 Compiler und Präprozessor (4) Übersetzen von Programmen Optimierung Optional. Kann durch Compilerschalter aktiviert/deaktiviert werden Verschiedene Kriterien: Laufzeit, Codegröße Nimmt Änderungen im Assemblercode vor Optimierung kann prozessorspezifische Möglichkeiten nutzen, z.b. Pipelining: Umsortieren von Befehlen für schnellere Verarbeitung Übersetzungsvorgang für jede Quelldatei notwendig zu jeder Quelldatei wird eine Objektdatei erzeugt Alle Objektdateien müssen zum Erzeugen eines ausführbaren Programms kombiniert werden (Objektdateien und Bibliotheken) Die durch Bibliotheken bereitgestellte Funktionalität kann in verschiedenen Projekten wiederverwendet werden Standardbibliotheken Projektspezifische Bibliotheken Freie oder käuflich verfügbare Bibliotheken

5 Compiler und Präprozessor (5) Übersetzen von Programmen Objektdatei Bibliothek Objektdatei Bibliothek Objektdatei Linker Ausführbare Datei

6 Compiler und Präprozessor (6) Compiler-Optionen Vielzahl verfügbarer Optionen zur Beeinflussung des Übersetzungsvorganges Typischer Compiler-Aufruf: cc o programm io.c db.c Standard C-Compiler heißt auf vielen Systemen cc Compiler ruft automatisch Präprozessor auf, dann sich selbst, den Optimierer, den Assemblierer und den Linker -o gibt wird Name des ausführbaren Programms angegeben Restliche Parameter (io.c, db.c) sind Quelldateien des Projekts -g Bereitstellung von Informationen für den Debugger -O Verwenden des Optimierers Manche Kombinationen von Optionen sind nicht möglich

7 Compiler und Präprozessor (7) Compiler-Optionen -l ermöglicht das hinzubinden von Bibliotheken Auf Unix-Systemen beginnen Bibliotheken mit lib und enden auf.a oder.so Führendes lib und die Endung.a oder.so sind wegzulassen Mathematik-Bibliothek heißt libm.so oder libm.a, als Compiler-Option ist lediglich lm anzugeben: cc o calc calc.c lm Die zum Compiler zugehörige Standardbibliothek wird automatisch hinzugelinkt Genutzte Funktionen müssen durch entsprechende Header-Dateien dem Compiler bekannt gemacht werden (Platzhalter für die Bibliotheks-Funktionen) Einbindung der Header-Dateien erfolgt mit #include-anweisung Nicht immer heißen die Header-Dateien wie die Bibliotheken

8 Compiler und Präprozessor (8) Compiler-Optionen Bibliotheken und wichtige Header-Dateien Bibliothek Compiler-Option Header-Dateien libc.a oder libc.so libm.a oder libm.so Wird automatisch gelinkt -lm ctype.h error.h signal.h stdio.h string.h Math.h

9 Compiler und Präprozessor (9) Der Präprozessor Simpler Textersetzer, der vom Compiler automatisch aufgerufen wird Modifiziert Quelltext und gibt Ergebnis an Compiler weiter, speichert diesen jedoch nicht ab Mögliche Operationen: einfügen, ersetzen, verändern, ausschneiden Präprozessordirektiven beginnen mit # Präprozessor sucht diese Direktiven und führt sie aus, diese werden dann aus Quelltext entfernt Präprozessordirektiven gehören deshalb nicht zum eigentlichen C- Sprachumfang, auch wenn sie sehr wichtig sind (siehe hierzu auch Assemblerdirektiven) Der Präprozessor führt keinerlei Überprüfungen durch, Präprozessordirektiven deshalb mit Vorsicht anwenden

10 Compiler und Präprozessor (10) Der Präprozessor, #include-anweisung #include <header-datei> #include "header-datei" Bindet Header-Dateien ein, die Bekanntmachungen enthalten Spitze Klammern geben an, dass diese Header-Datei mit dem Compiler mitgeliefert wird es ist deshalb keine weitere Pfadangabe notwendig, es sei denn, sie liegt in einem Unterverzeichnis Angabe des Pfades notwendig, z.b. #include <sys/time.h> Eigene Headerdateien gehören in der Regel zum Projekt und stehen im Projekt-Hauptverzeichnis oder in einem Unterverzeichnis Angabe des Ortes relativ zum Projektverzeichnis

11 Compiler und Präprozessor (11) Der Präprozessor, #define-anweisung #define HALLO "Hallo Welt" Präprozessor wird angewiesen, sämtliche Vorkommen von HALLO durch den Text "Hallo Welt" zu ersetzen Nutzung für Konstanten, die häufig im Programmtext vorkommen Zusammenfassung an einer Stelle und dadurch Verbesserung der Wartbarkeit des Codes

12 Compiler und Präprozessor (12) Der Präprozessor, Makros Neben der Textersetzung können mit #define auch Makros erzeugt werden Das Makro ERRLOG wird mit dem Parameter text definiert: #define ERRLOG(text) fprintf(strerr, text) Achtung: auch wenn es wie ein Funktionsaufruf aussieht, es ist keiner! Es wird lediglich eine Textersetzung durchgeführt. Es gibt weder einen Funktionsaufruf noch einen Rücksprung. Ein Semikolon fehlt deshalb am Ende der Zeile. Typische Verwendung dieses Makros: ERRLOG("Fehler in der Eingabe"); Der Präprozessor macht folgende Quelltextzeile daraus: fprintf(strerr, ("Fehler in der Eingabe"));

13 Compiler und Präprozessor (13) Der Präprozessor, Makros Zwischen dem Namen des Makros und der öffnenden Klammer darf kein Leerzeichen stehen, da dies als Trenner interpretiert würde nur der Makro- Name ersetzt, jedoch nicht der Parameter. Beispiel: #define ERRLOG (text) fprintf(strerr, text) bewirkt folgende Ersetzung des Vorkommens von ERRLOG mit: (text) fprintf(strerr, text)

14 Compiler und Präprozessor (14) Der Präprozessor, Makros Besondere Vorsicht ist bei Klammern geboten. Beispiel: #define PRODUKT(a,b) a*b durch diese Ersetzungsregel wird long a = PRODUKT(1+2,3+4) ersetzt durch long a = 1+2*3+4 besser ist die sorgfältige Klammerung der Parameter: #define PRODUKT(a,b) ((a)*(b)) führt zu folgender Ersetzung: long a = ((1+2)*(3+4))

15 Compiler und Präprozessor (15) Der Präprozessor, Makros Einige nützliche Makros: #define MIN(a,b) ((a) < (b)? (a) : (b)) #define MAX(a,b) ((a) < (b)? (b) : (a)) #define ABS(x) ((x) < 0? (-(x)) : (x)) Achtung: Am Ende der Makro-Definition darf kein Semikolon stehen, sonst entsteht kein korrekter C-Code beim Ersetzen: #define(abs_falsch(x) ((x) < 0? (-(x)); Diese Definition führt zu folgender fehlerhafter Ersetzung: b = ABS_FALSCH(a) / n; wird zu b = ((a) < 0? (-(a)); /n;

16 Compiler und Präprozessor (16) Der Präprozessor, vordefinierte Präprozessorkonstanten Präprozessor unterstützt eine Reihe von Konstanten, z.b. FILE LINE Name der aktuellen Quelltextdatei laufende Zeile der aktuellen Quelltextdatei Verwendung beispielsweise für Testausgaben von Variablen: printf("file %s, line %d, Wert: %ld\n", FILE, LINE, wert); An verschiedenen Stellen einer Quelltextdatei bzw. auf verschiedene Quelltextdateien angewandt, lässt die Ausgabe Rückschluss auf bestimmte Stellen in der Programmabarbeitung zu

17 Der Präprozessor, #ifdef und #ifndef Compiler und Präprozessor (17) Ein- und Ausblendung von Programmcode Bezieht sich auf Präprozessorkonstanten #ifdef testet, ob Präprozessorkonstante definiert ist #ifndef testet, ob Präprozessorkonstante nicht definiert ist #endif Ende eines ein-/auszublendenden Blockes Beipiel: Vermeidung von mehrfachem Inkludieren von Header-Dateien: // Header-Datei Anfang #ifndef HEADERDATEI_H #define HEADERDATEI_H // Header-Informationen #endif // HEADERDATEI_H // Header-Datei Ende

18 Compiler und Präprozessor (18) Programmtext-Dateien.c -Dateien enthalten Benutzerprogramm, den Quelltext Programme können in mehrere Dateien aufgeteilt werden, die Module genannt werden.h -Dateien sind Header-Dateien (header: head Kopf) Beinhalten Informationen, die in mehreren C-Dateien benötigt werden Definitionen von Präprozessorkonstanten Typ- und Strukturdefinitionen Funktionsdeklarationen Header-Dateien enthalten keine Funktionen Achtung: C-Dateien dürfen zwar alles enthalten, was Header-Dateien enthalten (sie werden schließlich inkludiert), jedoch dürfen Header-Dateien umgekehrt keinen Quelltext enthalten In Header-Dateien werden auch Funktionen aus Bibliotheken bekannt gemacht Zur Sprachnorm gehören ca. 20 Header-Dateien

19 Compiler und Präprozessor (19) Die Funktion main Das minimale, leere Programm sieht so aus: main() { } Das Hauptprogramm ist eine Funktion mit festgelegtem Namen Nach Funktionsnamen folgt formale Parameterliste in runden Klammern () Sie ist hier leer, weil keine Parameter übergeben werden Anweisungsteil, der sogenannte Funktionsblock, folgt in geschweiften Klammern (ist hier ebenfalls leer) Bereich oberhalb und unterhalb dieses Konstrukts dient zur Definition weiterer Funktionen, die beginnend mit main aufgerufen werden können In jedem C-Programm existiert genau ein main und kann nicht weggelassen werden

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