Präprozessor und make. einfache Makros Makros nehmen eine Textersetzung vor. Erst nach der Ersetzung muss gültiger C-Code vorliegen.

Transkript

1 Bevor der eigentliche Kompilier-Vorgang stattfindet, wird vom sogenannten eine Vorverarbeitung durchgeführt. Hierbei werden zum Beispiel Kommentare entfernt, aber auch explizite Anweisungen an den verarbeitet. anweisungen beginnen mit #, orientieren sich an Programmzeilen und sind weitgehend (bis auf Kommentare und Anführungszeichen) unabhängig von der C-Syntax. Wir kennen bereits: #include einfache Makrodefinitionen mit #define einfache nehmen eine Textersetzung vor. Erst nach der Ersetzung muss gültiger C-Code vorliegen. #include <stdio.h> #define MSG "hello world\n" /* vernünftig */ #define BEGIN { /* nicht empfehlenswert, */ #define END } /* aber erlaubt */ #define S ; /* höchst albern! */ int main(void) BEGIN printf( MSG ) S return 0 S END Funktionsmakros können ähnlich wie Funktionen Parameter übergeben bekommen. In ihrer Definition muss die öffnende Klammer direkt nach dem Makronamen kommen (sonst ist die Klammer Teil des Ersetzungstextes). #define MAX( a, b ) ( (a)>(b)? (a) : (b) ) printf( "%d %g\n", MAX( 2, 3), MAX( 4.2, 2.3 ) ); /* geht mit int und double :-) */ printf( "%d\n", MAX( a++, b++ ) ); /* der größere Wert wird zweimal erhöht!! :-( */ In der Regel sind Funktionen vorzuziehen.

2 Lange Der Ersetzungstext eines geht bis zum Ende der Zeile, es sei denn, dort steht ein Backslash. Dann wird die Zeile mit der folgenden zu einer logischen Zeile zusammengefasst. So lassen sich auch lange Ersetzungstexte vernünftig formatieren. #define LOOP(CODE) { \ t0 = clock(); \ for (i = 0; i < n; i++) { CODE; } \ printf("%7d ", clock() - t0); \ } /* Verwendung (Zeitmessung verschiedener Operationen): */ LOOP(f1 = f2) LOOP(f1 = f2 + f3) LOOP(f1 = f2 - f3) /* (aus The Practice of Programming) */ Magische Makroexpansion Durch # kann ein Makroparameter in einen String umgewandelt werden, durch ## werden zwei Symbole zu einem zusammengefügt. t a[] = { { add, "add", mkadd }, { sub, "sub", mksub } }; kann auch so geschrieben werden: #define M( op ) { op, #op, mk ## op } t a[] = { M( add ), M( sub ) }; Beispiel Teile eines Programmes können abhängig von Bedingungen von der Übersetzung ausgenommen werden: #define WITHSQRT 0 /* oder 1 */ switch(c) { #if WITHSQRT case s : push(sqrt(pop())); break; #endif } Neben #if und #endif gibt es auch #elif und #else. Als Bedingung wird ein konstanter ganzzahliger Ausdruck angegeben, der als wahr betrachtet wird, wenn er nicht Null ist. Der Ausdruck defined(name) ergibt 1, wenn name als Makro definiert ist, und sonst 0. Es gibt zudem #ifdef und #ifndef, die #if und defined (bzw. dessen Negation) zusammenfassen. Mit #if 0 #endif lassen sich (auch syntaktisch fehlerhafte) Programmteile von der Übersetzung ausnehmen. (Es geht nicht mit Kommentaren, wenn dort bereits Kommentare enthalten sind.)

3 Herkunft der Makrowerte Mehrmaliges Einlesen von Headerfiles Ein Makro kann auf verschiedene Weisen zu seinem Wert kommen: durch eine #define-anweisung (auch in einem eingefügten File) durch den Compiler: z.b. definiert jeder Standard-C-Compiler das Makro STDC als 1 durch den Compiler-Aufruf: durch gcc -DWITHSQRT=0 wird der Compiler so aufgerufen, dass er für das Makro WITHSQRT den Wert 0 einsetzt. Läßt man den Teil nach dem = weg, so wird der Wert 1 genommen. Außerdem kann man ein Makro mit #undef wieder löschen. Es kann in einem Headerfile sinnvoll sein, ein anderes einzufügen. (stack.h erwähnt struct complex und sollte deshalb die Anweisung #include "complex.h" enthalten.) Dann kann es aber dazu kommen, dass ein Headerfile mehrfach eingelesen wird. Das ist oft unproblematisch, aber z.b. bei der Definition von Strukturen nicht erlaubt. Durch eine Bedingung kann man dafür sorgen, dass beim mehrmaligen Einlesen eines Files der Inhalt nur einmal eingefügt wird. Geschütztes Headerfile Das Problem des wiederholten Bauens /* complex.h */ #ifndef COMPLEX_H /* oder #if!defined(complex_h) */ #define COMPLEX_H struct complex { double real, imag; }; /* weitere Deklarationen */ Wenn man in einem Programm, das in mehrere Dateien untergliedert ist, ein paar Dinge ändert, ist es schwierig zu überblicken, welche Teile neu übersetzt werden müssen. Zudem ist es aufwendig, immer die Compileraufrufe einzugeben. Es gibt ein System, in dem man angeben kann, welche Programmkomponenten von welchen anderen abhängen, und wie man sie aus den anderen erzeugen kann: das make-programm. #endif

4 Das file make arbeitet mit einem file (das normalerweise auch so heißt) und aus Regeln besteht. Jede Regel gibt für eine oder mehrere Komponenten an, von welchen anderen sie abhängt, und wie sie aus diesen gebaut werden kann. Eine Regel für drei Komponenten, die von vier weiteren abhängen und durch zwei Kommandos erzeugt werden, sieht folgendermaßen aus: ziel1 ziel2 ziel3: quelle1 quelle2 quelle3 quelle4 kommando1 kommando2 Die Einrückung muss hierbei durch ein Tabulatorzeichen (TAB-Taste) geschehen! file Beispiel Ein Programm besteht aus den Dateien main.c, hello.c und hello.h, wobei das Headerfile von beiden anderen Dateien eingelesen wird. Somit hängen beide.o-files sowohl vom entsprechenden.c-file als auch von hello.h ab. Das Programm main hängt von den.o-files ab. Diese Abhängigkeiten und die erforderlichen Compileraufrufe werden durch folgendes file angegeben: main: main.o hello.o hello.o: hello.c hello.h gcc -c hello.c main.o: main.c hello.h gcc -c main.c make-aufruf Wird make mit einem der im file angegebenen Ziele aufgerufen, so wird dieses und alle seine (auch indirekten) Abhängigkeiten erforderlichenfalls anhand der angegebenen Kommandos neu erzeugt. Wird nur make aufgerufen, so wird das erste Ziel des files genommen, das deshalb die Hauptkomponente beschreiben soll. $ make gcc -c main.c gcc -c hello.c $ make make: main is up to date. $ xemacs hello.c # ändere hello.c $ make gcc -c hello.c besondere Regeln im file Wenn es in einer Regel keine Abhängigkeiten gibt, so werden die darin enthaltenden Kommandos immer ausgeführt, wenn das Ziel erzeugt werden soll und nicht existiert. clean: Da hier durch das Kommando kein File clean erzeugt wird, wird der Aufruf von make clean immer die Löschung durchführen. Wird in einer Regel kein Kommando angegeben, so werden, wenn das Ziel erzeugt werden soll, nur die angegebenen Abhängigkeiten neu erzeugt. Bei einem file für mehrere Programme hat man üblicherweise am Anfang eine solche Regel, um alle Programme zu erzeugen: all: programm1 programm2

5 Variablen im file Im file kann man Variablen haben, um z.b. vom Compiler oder den verwendeten Optionen zu abstrahieren. Variablen werden mit var = val gesetzt und innerhalb der Regeln mit $(var) oder ${var} benutzt. Man kann beim Aufruf von make selber Werte für die Variablen angeben die im file stehenden Werte sind dann bedeutungslos. file mit Variablen # erweitertes file für das hello-beispiel CC = gcc # Compiler CFLAGS = -g -O # Compiler-Flags LDFLAGS = # Linker-Flags main: main.o hello.o $(CC) $(LDFLAGS) -o main main.o hello.o hello.o: hello.c hello.h $(CC) $(CFLAGS) -c hello.c main.o: main.c hello.h $(CC) $(CFLAGS) -c main.c clean: Beispielaufrufe: make mit Variablen $ make # mit dem file von der voriger Seite gcc -g -O -c main.c gcc -g -O -c hello.c $ make clean $ make CFLAGS=-g gcc -g -c main.c gcc -g -c hello.c $ make clean $ make CFLAGS='-g -O3' # Anführungszeichen wegen Leerzeichen gcc -g -O3 -c main.c gcc -g -O3 -c hello.c Automatisches Bestimmen der Abhängigkeiten Die Abhängigkeiten der.o-files können automatisch bestimmt werden: $ gcc -MM hello.c hello.o: hello.c hello.h $ gcc -MM main.c main.o: main.c hello.h Hierbei schaut der Compiler, welche Dateien (auch indirekt) eingefügt werden.

6 Fehlerhaftes Programm valgrind #include <stdlib.h> int main( void ) { int *s=malloc(100 * sizeof( int)); free(s); s[42] = 23; /* Speicher wurde schon freigegeben! */ } s=malloc(10 * sizeof( int)); /* Speicher wird nicht mehr freigegeben! */ return 0; $ gcc -Wall -g -o v v.c $./v $ valgrind./v ==23474== Memcheck, a memory error detector. ==23474== Copyright (C) , and GNU GPL d, by Julian Seward et al. ==23474== Invalid write of size 4 ==23474== at 0x : main (v.c:7) ==23474== Address 0x419a0d0 is 168 bytes inside a block of size 400 free d ==23474== at 0x4022B8A: free (vg_replace_malloc.c:323) ==23474== by 0x80483FE: main (v.c:6) In Zeile 7 wurde versucht, 4 Bytes (ein int) an eine ungültige Adresse zu schreiben. Diese war 168 (42 4) Byte von Anfang eines Blockes der Größe 400 (100 4) entfernt, der bereits in Zeile 6 freigegeben wurde. valgrind II MALLOC CHECK Es wird auch angezeigt, dass Speicher angefordert und nicht wieder freigegeben wurde. Mit einer zusätzlichen Option erfährt man mehr: $ valgrind --leak-check=full./v ==24023== 40 bytes in 1 blocks are definitely lost in loss record 1 of 1 ==24023== at 0x4023D6E: malloc (vg_replace_malloc.c:207) ==24023== by 0x : main (v.c:9) Ein Speicherblock mit 40 (10 4) Bytes wurde nicht freigegeben. Der Speicher wurde in Zeile 9 angefordert. Die Untersuchung mit valgrind ist sehr genau, bewirkt aber auch eine erhebliche Laufzeitverlängerung. In die GNU-C-Bibliothek eingebaute Tests können durch Setzen der Umgebungsvariable MALLOC_CHECK_ aktiviert werden. Ist der Wert 1, so wird bei einem erkannten Fehler eine Meldung ausgegeben; ist der Wert 2, wird das Programm sofort abgebrochen. Bei unserem Beispiel wird aber nichts erkannt: $ MALLOC_CHECK_=2./v $

7 Electric Fence Eine Frage des Vorranges Die alternative Implementierung der Funktionen malloc, free, in der Electric-Fence-Bibliothek kann durch das Linken mit der Option -lefence ausgewählt werden. $ gcc -Wall -g -o v v.c -lefence $./v Electric Fence 2.1 Copyright (C) Bruce Perens. Speicherzugriffsfehler Läßt man das Programm im Debugger laufen, so sieht man, dass das Programm bei der fehlerhaften Zuweisung abbricht. Was bedeutet (*ip)++? Was bedeutet *(ip++)? Und was bedeutet *ip++? Unäres * und ++ haben denselben Vorrang und werden von rechts geklammert, so dass der letzte Ausdruck dasselbe bedeutet wie der zweite. Vorrang und Assoziativität von Operatoren () [] ->. von links (): Funktionsaufruf! ~ * & (type ) sizeof von rechts unäre Operatoren * / % von links + - von links << >> von links < <= > >= von links ==!= von links & von links ^ von links von links && von links von links?: von rechts bedingter Ausdruck = += -= *= /= %= &= ^= = <<= >>= von rechts, von links Kommaoperator (Zeilen in abnehmendem Vorrang)