1.4 程序的開發(fā)周期

在Windows下，利用“記事本”（Notepad.exe）這個小軟件，可以輸入并編輯文字，然后保存到計算機硬盤上，如圖1-2所示。保存到硬盤上的數(shù)據(jù)以文件的形式存在，如要將文件保存到“d:\”目錄，在保存的時候，“記事本”軟件會提示用戶輸入文件名和保存的路徑，例如我們可以用“C.txt”作為文件名，以“d:\”作為文件路徑。保存后，通過Windows的文件瀏覽器定位到“d:\”就可以看到文件“C.txt”。同樣的，用畫圖小軟件可以信手涂鴉，也能保存一個擴(kuò)展名為bmp的文件到硬盤上，如圖1-2所示。

圖1-2 記事本和畫圖可以產(chǎn)生文件

可以看到，“記事本”和“畫圖”都可以產(chǎn)生出文件來。這些文件被稱作“文檔”。這些文檔都可以被應(yīng)用軟件打開，它們自身是無法運行也無法展現(xiàn)其內(nèi)容的。例如，要查看.txt文本文檔的內(nèi)容，可以使用“記事本”軟件打開；又如，想要聽.mp3音頻文件的聲音，可以使用mp3播放軟件打開。那么如何產(chǎn)生一個.exe的可執(zhí)行文件呢？

聰明的讀者一定知道了。是的，就是通過編寫某種語言的源代碼，編譯成功通過后，再經(jīng)過連接，成功后就出現(xiàn)了計算機可以執(zhí)行的一個.exe文件了。這就是所謂的程序。是不是只有C語言才能編制出.exe的程序來呢？當(dāng)然不是的。據(jù)不完全統(tǒng)計，全球現(xiàn)存的編程語言多達(dá)2500多種，這其中大部分都可以經(jīng)過編譯連接，最后產(chǎn)生出一個.exe可執(zhí)行文件來。但是基本上，它們都遵循同樣的流程：編輯源代碼，編譯源代碼，連接目標(biāo)程序，最后生成一個.exe可執(zhí)行文件。用C語言開發(fā)程序的流程如圖1-3所示。

圖1-3 開發(fā)程序的流程

1.4.1 編輯C源代碼

編輯C源代碼就是做如下工作：

（1）逐個輸入字符，如漢字、英文、標(biāo)點符號或者其他可以用鍵盤輸入的字符。

（2）通過插入、刪除、移動、復(fù)制、粘貼等方法修改已經(jīng)輸入的字符。

（3）將輸入、修改完畢的所有字符保存到硬盤上。

一篇由漢字、英文、標(biāo)點符號或者其他可以用鍵盤輸入的字符組合的內(nèi)容被稱作文本。能夠進(jìn)行文字編輯的軟件被稱作編輯器。

通俗地講，源代碼就是程序員輸入編寫的、符合C語言語法規(guī)則的文本。如下列片段就是一段源代碼：

void main(void)
{
                printf("\nHello World!");
}

一般用擴(kuò)展名.c表示其為一個C源代碼文件。源代碼文件簡稱源文件，有時候也叫作源程序。程序員的主要工作之一就是根據(jù)需求編寫源代碼。

編輯器的功能在很大程度上能夠幫助程序員提高工作效率。只要能輸入文字的文本編輯軟件都可以作為源代碼編輯器。如記事本軟件、字處理軟件Word、Ultra Edit、Edit Plus等。但是專業(yè)程序員一般都采用專業(yè)的源代碼編輯器。業(yè)界鼎鼎有名的編輯工具有VI/VIM、Emacs/XEmacs等。一個好的源代碼編輯器，要求具備關(guān)鍵字著色功能（可以用不同的顏色表示代碼的不同部分）、優(yōu)秀的代碼跳轉(zhuǎn)功能、代碼自動補全功能等。雖然用最普通的記事本軟件也能編輯代碼，但是卻十分不方便。

1.4.2 編譯C源代碼

編譯是把C語言源代碼翻譯成用二進(jìn)制指令表示的目標(biāo)文件。注意，這里的目標(biāo)文件與機器語言還有一段距離，并不是真正的機器語言，所以不能被計算機直接運行。編譯著重于“譯”，就是翻譯。

聲明 讀者要注意區(qū)分編輯和編譯的概念。雖然一字之差，意義卻大不相同。編輯，是指對文本的修改、插入、刪除等操作；而編譯卻是將編輯好的源代碼翻譯成目標(biāo)文件。

編譯過程由C編譯系統(tǒng)提供的編譯程序完成。編譯程序簡稱為編譯器。編譯程序運行后，自動對源程序進(jìn)行句法和語法檢查，當(dāng)發(fā)現(xiàn)錯誤時，就將錯誤的類型和所在的位置顯示出來，以幫助用戶修改源程序中的錯誤。用戶可以再利用編輯器對源程序進(jìn)行修改。修改好后，重新進(jìn)行編譯，直到編譯通過為止。如果未發(fā)現(xiàn)句法和語法方面的錯誤，就自動形成目標(biāo)代碼，并對目標(biāo)代碼進(jìn)行優(yōu)化后生成目標(biāo)文件。

目標(biāo)程序文件的擴(kuò)展名為.obj，它是目標(biāo)程序的文件類型標(biāo)識。不同的編譯系統(tǒng)，或者不同版本的編譯程序，它們的啟動命令不同，生成的目標(biāo)文件也不相同，擴(kuò)展名有時候也不一定相同，當(dāng)然格式也不相同，但是其作用相同。

一個C源代碼文件編譯后就會產(chǎn)生一個目標(biāo)文件與之對應(yīng)。一般不會出現(xiàn)多個源代碼文件對應(yīng)一個目標(biāo)文件的情況。進(jìn)行軟件開發(fā)涉及的源代碼文件個數(shù)，不會像教學(xué)C語言這樣簡單到只有一個源文件，而是幾十、上百甚至成千上萬個。所以大型軟件的開發(fā)一般通過工程文件的方式來管理源代碼。

請讀者思考一下，為什么軟件開發(fā)不直接從源代碼一步到位翻譯成可執(zhí)行文件，而要經(jīng)過編譯后，再經(jīng)過連接這個步驟呢？這個問題，留在后續(xù)章節(jié)再解釋。當(dāng)讀者明白了這個問題后，也就明白了目標(biāo)文件存在的意義了。

1.4.3 連接目標(biāo)文件

多個源代碼文件經(jīng)編譯后產(chǎn)生了對應(yīng)的多個目標(biāo)文件，此時還沒有將其組合裝配成一個可以運行的整體，因此計算機還是不能執(zhí)行。連接過程是用連接程序?qū)⒛繕?biāo)文件、第三方目標(biāo)文件、C語言提供的運行時庫文件連接裝配成一個完整的可執(zhí)行的目標(biāo)程序。連接程序簡稱連接器。

可執(zhí)行程序文件的擴(kuò)展名為.exe，是可執(zhí)行程序的文件類型標(biāo)識。絕大部分系統(tǒng)生成的可執(zhí)行文件的擴(kuò)展名是.exe，但是在UNIX系統(tǒng)中，除非在編譯時用戶特別規(guī)定自己的文件名，否則生成的可執(zhí)行文件自動確定為a.out。有的C編譯系統(tǒng)把編譯和連接放在一個命令文件中，用一條命令即可完成編譯和連接任務(wù)，減少了操作步驟。

程序員開發(fā)程序，除了要編寫自己的代碼外，有時候會使用其他人提供的庫文件。如讀者要編寫一個mp3播放器軟件，對于mp3解碼部分，因為已經(jīng)有現(xiàn)成的第三方代碼庫做好了這件事情，可以直接拿這個第三方庫文件來使用。這個庫提供的功能可供用戶的播放器軟件調(diào)用。為了方便開發(fā)，C語言也有一批庫函數(shù)，一般編譯廠商都會提供給開發(fā)人員使用。

1.4.4 編譯連接過程示例

有時候為了敘述簡便，將編譯連接這兩個步驟，統(tǒng)一用“編譯”一個詞語代替，讀者應(yīng)該清楚實際是經(jīng)歷過了兩步。例如在Visual Studio編程環(huán)境里，當(dāng)用戶下達(dá)build（構(gòu)建）命令后，開發(fā)環(huán)境就開始編譯連接工作。本節(jié)的示例沒有列出源文件，源文件名是main.c，內(nèi)容可以暫時不考慮，讀者只關(guān)注編譯、連接的步驟即可。

（1）當(dāng)源代碼中沒有錯誤時，其工作過程輸出如下：

------ Build started: Project: 9.1, Configuration: Debug Win32 ------
Compiling...
main.c
Linking...
Build log was saved at "file://e:\study\C Study\9.1\Debug\BuildLog.htm"
9.1 - 0 error(s), 0 warning(s)

從這個Build的過程中，明顯看出經(jīng)歷了“Compiling…”（編譯）、“Linking…”（連接）兩步。最后結(jié)果是“0 error(s),0 warning(s)”，即沒有錯誤也沒有警告。

（2）如果源代碼有錯誤，在編譯過程就會提示用戶。由于沒有通過編譯，也就沒有目標(biāo)文件，所以連接也就不用進(jìn)行了。一個源代碼錯誤編譯不通過的示例如下：

------ Build started: Project: 9.1, Configuration: Debug Win32 ------
Compiling...
main.c
e:\study\C Study\9.1\main.c(20) : error C2143: syntax error : missing ')' before '{'
Build log was saved at "file://e:\study\C Study\9.1\Debug\BuildLog.htm"
9.1 - 1 error(s), 0 warning(s)
---------------------- Done ----------------------
    Build: 0 succeeded, 1 failed, 0 skipped

說明 讀者現(xiàn)在可能還不明白錯誤提示信息的含義，不用擔(dān)心，在后面的章節(jié)中會慢慢講到。現(xiàn)在讀者只需要關(guān)注如果源代碼有錯誤，會出現(xiàn)什么情況即可。

“e:\study\C Study\9.1\main.c(20):error C2143:syntax error:missing')'before'{'”這行輸出表示，代碼第20行（“( )”內(nèi)表示出來的）出現(xiàn)錯誤。錯誤代碼是C2143，具體錯誤是語法錯誤，在“{”前缺少“)”。雙擊錯誤提示可將鼠標(biāo)光標(biāo)定位到錯誤行處，可以修改源代碼。

（3）有時候編譯通過了，但是連接卻不一定通過。如下：

------ Build started: Project: 9.1, Configuration: Debug Win32 ------
Compiling...
main.c
Linking...
LIBCD.lib(crt0.obj) : error LNK2019: unresolved external symbol _main referenced in function _mainCRTStartup
Debug/9.1.exe : fatal error LNK1120: 1 unresolved externals
Build log was saved at "file://e:\study\C Study\9.1\Debug\BuildLog.htm"
9.1 - 2 error(s), 0 warning(s)
---------------------- Done ----------------------
    Build: 0 succeeded, 1 failed, 0 skipped

編譯main.c后沒有提示信息，表示通過，產(chǎn)生了.obj文件。Linking提示后，表示開始進(jìn)行連接。但是在連接過程中出現(xiàn)錯誤，最終沒有產(chǎn)生.exe文件。同樣，具體的連接錯誤原因，這里不再分析了。

1.4.5 運行程序

運行程序是指將可執(zhí)行的目標(biāo)程序投入運行，以獲取程序處理的結(jié)果。如果程序運行結(jié)果不正確，可重新回到第一步，對程序進(jìn)行編輯修改、編譯和運行。與編譯、連接不同的是，運行程序可以脫離語言開發(fā)環(huán)境。因為它是對一個可執(zhí)行程序進(jìn)行操作，與C語言本身已經(jīng)沒有聯(lián)系，所以既可以在語言開發(fā)環(huán)境下運行，也可直接在操作系統(tǒng)下運行。