Linguaggio C Compilazione, linking e preprocessor

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1 FONDAMENTI DI INFORMATICA Prof. PIER LUCA MONTESSORO Ing. DAVIDE PIERATTONI Facoltà di Ingegneria Università degli Studi di Udine Linguaggio C Compilazione, linking e preprocessor 2001 Pier Luca Montessoro - Davide Pierattoni (vedere nota di copyright a pag. 2) 1

2 Nota di Copyright Questo insieme di trasparenze (detto nel seguito slide) è protetto dalle leggi sul copyright e dalle disposizioni dei trattati internazionali. Il titolo ed i copyright relativi alle slides (ivi inclusi, ma non limitatamente, ogni immagine, fotografia, animazione, video, audio, musica e testo) sono di proprietà degli autori prof. Pier Luca Montessoro e ing. Davide Pierattoni, Università degli Studi di Udine. Le slide possono essere riprodotte ed utilizzate liberamente dagli istituti di ricerca, scolastici ed universitari afferenti al Ministero della Pubblica Istruzione e al Ministero dell Università e Ricerca Scientifica e Tecnologica, per scopi istituzionali, non a fine di lucro. In tal caso non è richiesta alcuna autorizzazione. Ogni altro utilizzo o riproduzione (ivi incluse, ma non limitatamente, le riproduzioni su supporti magnetici, su reti di calcolatori e stampe) in toto o in parte è vietata, se non esplicitamente autorizzata per iscritto, a priori, da parte degli autori. L informazione contenuta in queste slide è ritenuta essere accurata alla data della pubblicazione. Essa è fornita per scopi meramente didattici e non per essere utilizzata in progetti di impianti, prodotti, reti, ecc. In ogni caso essa è soggetta a cambiamenti senza preavviso. Gli autori non assumono alcuna responsabilità per il contenuto di queste slide (ivi incluse, ma non limitatamente, la correttezza, completezza, applicabilità, aggiornamento dell informazione). In ogni caso non può essere dichiarata conformità all informazione contenuta in queste slide. In ogni caso questa nota di copyright e il suo richiamo in calce ad ogni slide non devono mai essere rimossi e devono essere riportati anche in utilizzi parziali Pier Luca Montessoro - Davide Pierattoni (vedere nota di copyright a pag. 2) 2

3 Programma sorgente, compilatore, file oggetto, file eseguibile programma sorgente (uno o più file ASCII)... librerie (simili ai file oggetto)... compilatore... file oggetto (binari) linker file eseguibile (binario) 2001 Pier Luca Montessoro - Davide Pierattoni (vedere nota di copyright a pag. 2) 3

4 Compilazione Il C è un linguaggio di alto livello: la descrizione dei comandi da eseguire è molto astratta, se confrontata con il linguaggio macchina o l assembler Il C è un linguaggio compilato: un programma, detto compilatore, traduce uno o più file ASCII contenenti i comandi in C in un unico file con la sequenza di istruzioni in codice macchina A differenza dei linguaggi interpretati, la traduzione avviene una volta per tutte, e non a runtime Il C è un linguaggio portabile: a partire da un unico file sorgente, è possibile generare programmi eseguibili per architetture hardware diverse 2001 Pier Luca Montessoro - Davide Pierattoni (vedere nota di copyright a pag. 2) 4

5 Compilazione programma sorgente (uno o più file ASCII)... Compilatore UNIX Compilatore Win32 File oggetto (binari) File oggetto (binari) Librerie UNIX Linker UNIX Linker Win32 Librerie Win32 file eseguibile per UNIX file eseguibile per Win Pier Luca Montessoro - Davide Pierattoni (vedere nota di copyright a pag. 2) 5

6 Portabilità La portabilità del codice deriva dal fatto che i linguaggi di alto livello sono standardizzati Il linguaggio C, nella versione standard ANSI, consente di scrivere programmi portabili sulla maggioranza delle architetture hardware esistenti Sono disponibili compilatori e ambienti di sviluppo C (IDE: Integrated Development Environment) per tutte le piattaforme software (DOS/Win32, UNIX, Linux, MacOS, VMS, Solaris ) La dipendenza dal sistema operativo è tuttavia sensibile nelle procedure di basso livello (chiamate di sistema, I/O su dispositivi periferici...) 2001 Pier Luca Montessoro - Davide Pierattoni (vedere nota di copyright a pag. 2) 6

7 Linking Il compilatore genera una traduzione in uno o più file oggetto, privi dei comandi di interfacciamento con l hardware e il sistema operativo Tali comandi sono disponibili in formato eseguibile nelle librerie di sistema: queste contengono parti di programma di uso comune, disponibili già compilate Il collegamento tra i file oggetto e i file di libreria da essi richiesti viene effettuato dal linker Il linker genera un file eseguibile contenente le parti di codice macchina copiate dalle librerie (linking statico), oppure dei collegamenti dinamici alle librerie necessarie (linking dinamico, es. le DLL in Win32) 2001 Pier Luca Montessoro - Davide Pierattoni (vedere nota di copyright a pag. 2) 7

8 Il preprocessor Prima della compilazione vera e propria, ogni sorgente C viene analizzato dal preprocessor Il preprocessor interpreta ed esegue tutti i comandi (o direttive) corrispondenti alle righe di codice introdotte dal carattere # Le funzionalità del preprocessor sono: inclusione di file (direttive #include) sostituzione delle macro (direttive #define) macro dotate di argomenti compilazione condizionale 2001 Pier Luca Montessoro - Davide Pierattoni (vedere nota di copyright a pag. 2) 8

9 Inclusione di file Ogni linea di codice della forma #include <nomefile> viene sostituita con il contenuto del file nomefile Se il nome del file è racchiuso tra apici, #include "nomefile" la ricerca del file avviene nella stessa directory in cui è presente il file sorgente Nel caso di una direttiva #include <nomefile>, la ricerca del file da includere avviene in genere nel direttorio in cui risiedono gli header file delle librerie 2001 Pier Luca Montessoro - Davide Pierattoni (vedere nota di copyright a pag. 2) 9

10 Inclusione di file Le direttive di inclusione più frequenti sono quelle relative agli header file delle librerie La direttiva #include <stdio.h> consente di includere nel file sorgente tutti i prototipi di funzione e i tipi di dati dichiarati nell header file stdio.h L inclusione permette anche di raggruppare in un file unico tutte le dichiarazioni relative a programmi complessi e/o distribuiti su più file sorgenti Coerenza nelle dichiarazioni e definizioni delle variabili 2001 Pier Luca Montessoro - Davide Pierattoni (vedere nota di copyright a pag. 2) 10

11 /* pippo.h */ #define PIGRECO 3.14 int funzione_1 (void);... /* pippo1.c */ #include <stdio.h> #include "pippo.h" float x; int main() { int k = funzione_1(); x = PIGRECO; /* pippo2.c */ #include <stdio.h> #include "pippo.h" extern float x; int funzione_1(void) { float y = 2 * PIGRECO; x = y + 4; 2001 Pier Luca Montessoro - Davide Pierattoni (vedere nota di copyright a pag. 2) 11

12 Sostituzione delle macro Una definizione della forma #define nome testo_da_sostituire è la sostituzione di macro più semplice Tutte le successive occorrenze di nome vengono sostituite con testo_da_sostituire Lo scope (visibilità) della sostituzione va dal punto in cui compare la direttiva fino alla fine del file sorgente Qualsiasi nome può essere sostituito con qualsiasi testo: #define forever for ( ; ; ) #define PIGRECO Pier Luca Montessoro - Davide Pierattoni (vedere nota di copyright a pag. 2) 12

13 Macro dotate di argomenti Una sostituzione più complessa può essere #define max(a, B) ((A) > (B)? (A) : (B)) max è una macro dotata di argomenti, anche se assomiglia a una chiamata di funzione In tale caso, ogni occorrenza di un parametro formale viene rimpiazzata con il corrispondente parametro reale Pertanto nel file sorgente la linea: x = max(p+q, r+s); viene espansa nel codice x = ((p+q) > (r+s)? (p+q) : (r+s)); 2001 Pier Luca Montessoro - Davide Pierattoni (vedere nota di copyright a pag. 2) 13

14 Sostituzione delle macro Le sostituzioni avvengono soltanto sui token I parametri formali all interno di stringhe tra apici non vengono sostituiti Quindi se YES è un nome definito da #define YES 1 la sua occorrenza in printf ("YES"); resta inalterata 2001 Pier Luca Montessoro - Davide Pierattoni (vedere nota di copyright a pag. 2) 14

15 Sostituzione delle macro La definizione di un nome può essere annullata con la direttiva #undef #undef può essere utile per assicurarsi che una funzione sia definita come tale, e non come una macro Ad esempio: #undef getchar... int getchar (void) { } garantisce che nel sorgente non vi sia alcuna macro dal nome getchar, in quanto getchar è già il nome di una funzione di libreria 2001 Pier Luca Montessoro - Davide Pierattoni (vedere nota di copyright a pag. 2) 15

16 Macro Una macro è dunque una forma compatta in grado di rappresentare espressioni complesse o insiemi di istruzioni mediante parametri Le macro più semplici sono prive di parametri, e si usano per definire costanti simboliche Le macro dotate di parametri possono talvolta evitare la creazione di funzioni, specie quelle soggette a frequenti chiamate durante l esecuzione Alcune funzioni di libreria vengono implementate con delle macro, per velocizzare l esecuzione dei programmi più complessi 2001 Pier Luca Montessoro - Davide Pierattoni (vedere nota di copyright a pag. 2) 16

17 Compilazione condizionale Alcune direttive consentono il controllo dell attività di preprocessing E possibile inserire o eliminare segmenti di codice in modo selettivo, in base al valore di determinate condizioni durante la compilazione La direttiva #if valuta un espressione costante intera: se questa è 0, le linee di codice tra #if e il successivo #endif vengono incluse nella compilazione #define VERBOSE 1 #if VERBOSE #endif <blocco di codice> 2001 Pier Luca Montessoro - Davide Pierattoni (vedere nota di copyright a pag. 2) 17

18 Compilazione condizionale Costrutti condizionali più articolati, del tipo if then else, si ottengono con le direttive #if, #else e #elif In un sorgente portabile su più piattaforme software è frequente trovare istruzioni del tipo: #define SYSTEM <nome_del_sistema_operativo> #if SYSTEM == UNIX #define HEADER "unix.h" #elif SYSTEM == MSDOS #define HEADER "msdos.h" #else #define HEADER == "default.h" #endif 2001 Pier Luca Montessoro - Davide Pierattoni (vedere nota di copyright a pag. 2) 18

19 Compilazione condizionale Le direttive #ifdef e #ifndef controllano se un particolare nome è già stato definito #ifdef DEBUG <istruzioni di debug: stampa di variabili...> #endif #ifndef HEADER #define HEADER "default.h" #endif 2001 Pier Luca Montessoro - Davide Pierattoni (vedere nota di copyright a pag. 2) 19