C- Kurs 06 Übersetzung & Module

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1 C- Kurs 06 Übersetzung & Module Dipl.- Inf. Jörn Hoffmann leipzig.de Universität Leipzig InsEtut für InformaEk Technische InformaEk

2 Übersetzung Überblick Übersetzung mit Modulen Durchläuft mehrere Schritte Verteilung des Quellcode auf unterschiedliche Dateien Wiederverwendung von Code Inhalt 1. Übersetzungsprozess (Wiederholung) 2. Modulkonzep gcc main.c mod1.c mod2.c -o prog! 3. Präprozessor #include <stdio.h> 4. Make make all; make clean;! 5. Typqualifizierer static, extern 6. Gültigkeit static int helper() 7. Speicherklassen static int i; 8. Typspezifizierer const, volatile; Jörn Hoffmann C-Kurs Folie 2

3 Übersetzung Einführung I. Editieren: Quelldatei Quelldatei Quelldatei main.c modul1.c modul2.c II. Übersetzen: Präprozessor Compiler Assembler Objektdatei Objektdatei Objektdatei Bibliothek main.o modul1.o modul2.o III. Binden: ausführbares Prrogramm a.out Jörn Hoffmann C-Kurs Folie 3

4 Programmerstellung Institut für Informatik I. Editieren Erstellung von Quellcode II. Übersetzung Generierung von Zwischencode Unterscheidung in Dateiendung Dateien werden wegen kürzerer Kompilierung oft beibehalten Findet in drei Phasen statt 1. Präprozessor 2. Compilieren 3. Assembler III. Binden Zusammenfügen zu Ausführbaren Programm Jörn Hoffmann C-Kurs Folie 4

5 Übersetzung Phase 1 Präprozessor (1.Phase) Präprozessordirektiven werden ausgeführt, z.b. Einfügen von include - Dateien und Ersetzen von define - Konstanten. modul.c (Quellcode) CPP-Syntaxanalyse Fehler Fehlerliste modul.i (präzisierter Quellcode) Jörn Hoffmann C-Kurs Folie 5

6 Übersetzung Phase 2 Compiler (2. Phase) Übersetzt präzisierten Quellcode in Assemblercode mit Syntaxanalyse, Optimierung (wenn erwünscht) und Code-Generierung. modul.i (präzisierter Quellcode) C-Syntaxanalyse Fehler Fehlerliste Optimierung -O Code-Generierung Zwischencode Zwischencode Übersetzung: langsam Ausführung: schnell modul.s (Assembler-Code) Jörn Hoffmann C-Kurs Folie 6

7 Übersetzung Phase 3 Assembler (3. Phase) Übersetzt Assembler-Code in Objektcode (Maschinencode). Globale Größen, die in anderen Dateien deklariert sind, erhalten eine Scheinadresse (Dummy-Adresse). modul.s (Assembler-Code) Fehler Fehlerliste modul.o (Objektcode) Jörn Hoffmann C-Kurs Folie 7

8 III. Binden Die Objektdateien eines Programms und benötigte Bibliotheksdateien werden zu einem ausführbaren Programm gebunden. Dabei werden die Scheinadressen aufgelöst. modul.o (Objektcode)... Bibliothek Fehler Fehlerliste a.out (ausführbares Programm) Jörn Hoffmann C-Kurs Folie 8

9 Module Konzept Modul Quelltextdatei mit Suffix.c Besteht aus max. 255 Funktionen C-Programm besteht aus beliebig vielen Modulen Ermöglicht gleichzeitiges Bearbeiten von unterschiedlichen Entwicklern Beispiel gcc main.c mod1.c mod2.c -o prog! Gesamter Quelltext verteilt auf main.c, mod1.c und mod2.c Modulabarbeitung von recht nach links Jörn Hoffmann C-Kurs Folie 9

10 Konfigurationswerkzeug Make Make Erleichtert Übersetzung Übersetzung in Abhängigkeit vom Quelltext Kenntlichmachung der Modulabhängigkeiten Beschleunigt Übersetzung Steuerung in spezieller Datei : Makefile Angabe von Abhängigkeiten Angabe der Kommandos Aktionen Abhängig vom Zeitstempel Jörn Hoffmann C-Kurs Folie 10

11 Make Makefile Beispiel # Kommentar: Hier folgen Makros! CC!= gcc! CFLAGS!= -Wall -O3!! all: prog1!! prog1: funktionen.o, mod.c, main.c! TAB!$(CC) $(CFLAGS) funktionen.o mod.c, main.c lm -o prog1!! funktionen.o: funktion.c funktion.h! TAB!$(CC) $(CFLAGS( -c funktion.c!! clean:! TAB rm rf *.o! Jörn Hoffmann C-Kurs Folie 11

12 Make Aufruf Aufruf Aufruf ohne Zielangabe: make Aufruf mit Zielangabe: make all make clean make prog1 Jörn Hoffmann C-Kurs Folie 12

13 Präprozessor Institut für Informatik Präprozessor Wird Aufgerufen bevor Compiler Programm übersetzt Wird durch Direktiven gesteuert Einleitung mit # Fortführung über mehrere Zeilen mit \ Aufgaben 1. Einfügen weiterer Deklarationen und Quellen 2. Makrodefinition und Makroersetzung 3. Bedingte Übersetzung 4. Setzen von Compileroptionen Jörn Hoffmann C-Kurs Folie 13

14 Präprozessor 1. Einfügen Syntax #include <Dateiname> #include Dateiname Semantik <> fügt Dateien aus dem Systempfad ein fügt Dateien unterhalb des aktuellen oder manuell angegeben Suchpfades ein Beispiel #include <stdio.h> #include libs/libbool.h Jörn Hoffmann C-Kurs Folie 14

15 Präprozessor 2. Makros Syntax 1. #define Makroname Ersatztext 2. #define Makroname(a1,...,an) Ersatztext 3. #undef Makroname Semantik 1. Bei jedem auftreten von Makroname im Quelltext wird der Ersatztext eingesetzt 2. Parametrisierung möglich 3. Löschen des Makros Zweck Abkürzung häufig benutzten Zeichenfolgen Benennung von symbolischen Konstanten Jörn Hoffmann C-Kurs Folie 15

16 Präprozessor 2. Makros Beispiel #define PI #define FIELD_DIMENSION_1 100 #define MIN(a, b) ((a) < (b)? (a) : (b )) #define SQUARE(a) ((a) * (a)) #undef TEST_CODE Jörn Hoffmann C-Kurs Folie 16

17 Präprozessor 3. Bedingte Übersetzung Syntax #if Bedingung_1 Programmstück_1 [#elif Bedingung_2.. [#else #endif Programmstück_2]* Programmstück_n] Semantik Bestimmung ob Teile des Programms übersetzt werden elif-zweig darf mehrmals vorkommen else-zweig darf höchstens einmal vorkommen Jörn Hoffmann C-Kurs Folie 17 Beispiel

18 Präprozessor 3. Bedingte Übersetzung Syntax #if Bedingung_1 Programmstück_1 [#elif Bedingung_2.. [#else #endif Programmstück_2]* Programmstück_n]+ #if defined(makroname) #if!defined(makroname) #ifdef Makroname #ifndef(makroname) Semantik Bestimmung ob Teile des Programms übersetzt werden elif-zweig darf mehrmals vorkommen else-zweig darf höchstens einmal vorkommen Jörn Hoffmann C-Kurs Folie 18

19 Präprozessor 3. Bedingte Übersetzung Beispiel #define UNIX!! #ifdef WINDOWS!!#include windows/test.h! #elif defined(unix)!!#include unix/test.h! #else!!#include generic/test.h! #endif!! #undef UNIX! Jörn Hoffmann C-Kurs Folie 19

20 Präprozessor 4. Weiteres Compileroptionen #pragma Compilerspezifische Optionen #error Fehlerbeschreibung #warning Warnung Makrooperatoren #-Operator: #define Makro(Parameter) #Parameter! Einschluss des Parameters in Anführungsstriche Bsp.: #define tmpfile(#)!!!!!f = tmpfile(/tmp/tmpfile);!->!f = /tmp/tmpfile ;! ##-Operator: #define Makro(p1, p2) p1 ## p2 Verkettung von zwei Argumenten Bsp.: #define cat(x, y) a ## b!!!cat(var, 123)!!!!->!var123! Jörn Hoffmann C-Kurs Folie 20

21 Typqualifizierer Institut für Informatik Syntax Typqualifizierer : Gültigkeit Speicherklasse Funktionen : [Gültigkeit] Typ Name(Parameterliste); Variablen : [Speicherklasse] Typ Name; Semantik Typqualifizierer legt Gültigkeit bei Funktionen fest Wer kann auf die Funktion zugreifen. Typqualifizierer legt Speicherklasse bei Variablen fest Speicherklasse definieren Gültigkeit für Variablen Wie lange bleibt die Variable im Speicher erhalten? Wer kann auf die Variablen zugreifen Jörn Hoffmann C-Kurs Folie 21

22 Gültigkeit Institut für Informatik Gültigkeit Bestimmt Zugreifbarkeit auf ein Objekt Funktionen per se in allen Modulen gültig Variablengültigkeit abhängig von Speicherklasse Modul, Funktionen, Blöcke Änderung durch Schlüsselwörter (Qualifizierer) Beispiel int i = 10;!!!// Globale Variable!! void f()!!!!// Globale Funktion! {!!!!!!!! int i = 5;!!// Lokale Variable, globale Variable verdeckt! {! }! int i = 20;!// i = 20! i++;!!!!// i = 6! }!!!!!// i = 10! C-Kurs Folie 22

23 Bindung Institut für Informatik Externe Bindung Bedeutet, dass globale Objekte auch in anderen Modulen gültig sind Gleicher Name verweist auf gleiches Objekt Gilt für globale Objekte Alle Funktionen, z.b. main() Alle Objekte außerhalb von Funktionen (globale Variablen,...) Gültigkeit (bei Funktionen) Gültigkeit kann durch Schlüsselwörter festgelegt werden: static : Objekt nur in Modul gültig extern : Objekt über gesamtes Programm gültig Globale Funktionen sind per se extern Qualifizierer kann für globale Funktionen entfallen Jörn Hoffmann C-Kurs Folie 23

24 Speicherklassen Institut für Informatik Speicherklasse (bei Variablen) Bestimmt Lebensdauer von Variablen Im Zusammenhang mit Kontext (intern, extern) bestimmt automatic Lokale Variablen ohne anderen Qualifizierer Variablen existieren nur in einem Block register Compiler soll Variable im Registern halten (schnell) Sind implizit automatic Kaum noch erforderlich static Interne Variable behält Gültigkeit Behält Wert nach verlassen des Blocks Keine Änderung der Sichtbarkeit Externe Variablen implizit static Jörn Hoffmann C-Kurs Folie 24

25 Speicherklassen Institut für Informatik Beispiel! int i;!!!!!!// Externe Variable, PrgGültig, PrgDauer! static int j;!!!!// Externe Variable, ModGültig, PrgDauer! extern int k;!!!!// Extern kann entfallen, sonst wie i;!! void func(int a)!!!!// Globale Funktion, PrgGültig, PrgDauer! {!!!!!!!!// Interne Variable, BlkGültig, BlkDauer! }!!!static int aufrufe = 0;!// Interne Variable, BlkGültig, PrgDauer!!extern int i;!!!!// Externe Variable, nur Deklaration, siehe oben!!i++, j++!!!!// Verwendung von j ohne Deklaration möglich!!printf( Aufrufe %d, i %d, j %d, ++aufrufe, i, j);! static void init(int number)!// Statische Funktion, ModGültig, PrgDauer;! {...}! Jörn Hoffmann C-Kurs Folie 25

26 Speicherklassen Übersicht Speicherklasse Gültigkeit Lebensdauer automatische Initialisierung auto Block Block nein register Block Block nein extern Programm Programm ja static (Block) Programm Programm ja static (Extern) Modul Programm ja Jörn Hoffmann C-Kurs Folie 26

27 Typspezifizierer Institut für Informatik Syntax [Typspezifizierer][Typqualifizierer] Typ Variablenname; Typspezifizierer : const volatile Semantik Attribute zur Festlegung der Art des Speicherzugriffs const Für unveränderliche Variablen Muss bei Deklaration belegt werden (initialisiert) Variablen können vom Compiler in gesondertem Speicherbereich abgelegt werden volatile Mitteilung an Compiler: Objekt kann durch externe Einflüsse geändert werden Compiler verwendet keine Optimierungen Compiler greift jedes mal über Speicher darauf zu Jörn Hoffmann C-Kurs Folie 27