3. compilação e estrutura básica de um programa em c

3. COMPILAÇÃO E ESTRUTURA
BÁSICA DE UM PROGRAMA EM C
3.1.
Compilação de um Programa C
O compilador C realiza a compilação do código-fonte de um programa em cinco
etapas: edição, pré-processamento, compilação, montagem e ligação. Essas
etapas de processamento são ilustradas na Figura 16.
Figura 16: Processo de compilação de um programa C
3.1.1. Edição
A etapa de edição consiste de um programa de edição para editar e/ou corrigir
um programa C. Durante esta etapa os arquivos do programa C devem ser
então armazenados em um dispositivo de armazenamento secundário, como
por exemplo, o disco.
Curiosidade
Os arquivos dos programas C devem ter a extensão .c.
3.1.2. Pré-processamento
A etapa de pré-processamento é responsável por modificar o código-fonte do
programa lexicamente. É nesta etapa que ocorre a suspensão de espaços
desnecessários, substituição de macros e a inclusão de outros códigos (através
das diretivas de pré-processamento). Esta etapa gera um código chamado de
unidade de compilação.
Curiosidade
É possível realizar apenas a etapa de pré-processamento, através
do comando gcc. Para isso, basta utilizar o seguinte comando: gcc
–E <nome_programa>.c (mostra a unidade de compilação
no terminal). Pode-se usar também a opção –o par
armazenar a saída em um arquivo (gcc –E <nome_programa>.c
–o <nome_unidade>.e)
3.1.3. Compilação
É na compilação que o compilador faz a análise sintática e semântica da
unidade de compilação. Não havendo erro de sintaxe e de semântica o
compilador gera o código assembly correspondente.
Curiosidade
A opção –S do gcc realiza a geração do código assembly e permite
armazenar em um arquivo com a extensão .s (gcc –S
<nome_programa>.c).
3.1.4. Montagem
A etapa de montagem é responsável por gerar o código-objeto. Ou seja, é
nessa etapa que os comandos assembly são transformados em linguagem de
máquina.
Curiosidade
A opção –c do gcc realiza a geração do código-objeto e permite
armazenar em um arquivo com a extensão .o (gcc –c
<nome_programa>.c).
3.1.5. Ligação
Essa é a etapa final, onde ocorre a combinação de todos os códigos-objetos
que compõem um programa C. O resultado desta etapa é um código
executável.
3.2.
Estrutura de um Programa C
Um programa C consiste em uma função ou várias funções, onde, a forma
geral de uma função em C é a seguinte:
<tipo de retorno> <nome da função>(<lista de parâmetro>) {
instrução1;
instrução2;
...
instrução;
return <valor>;
}
Um programa C precisa ter uma função principal, que deve ser chamada de
main, para inicia a execução do programa.
Curiosidade
Em todo programa C deve existir uma função chamada main. E
essa função marca o ponto inicial do programa e a execução do
programa só termina quando a função main encerrar.
A função main, retornar um valor inteiro e pode ou não possuir parâmetros.
Inicialmente vamos considerar a estrutura da função main, sem parâmetro,
como mostrado no Programa 1.
Programa 1: Primeiro código de um programa C
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4
5
6
#include <stdio.h>
int main(void) {
printf(“Meu primeiro programa!\n”);
return 0;
}
A primeira linha do Programa 1 não é uma instrução da linguagem C (não tem
ponto-e-vírgula no final), ela é uma diretiva de pré-processamento (#include
<stdio.h>), necessária para o compilador verificar a referência à função
printf. A diretiva de pré-processamento include é responsável por incluir um
arquivo no código-fonte, antes da compilação. Ou seja, o compilador substitui a
linha contendo essa diretiva pelo conteúdo de arquivos-cabeçalho antes de
compilar o programa.
Curiosidade
As diretivas de pré-processamento é iniciada pelo símbolo # e não
fazem parte da linguagem C e só servem para auxiliar no
desenvolvimento do código-fonte.
A função main está definida nas linhas 2 a 6. Na linha 4 existe uma chamada a
função printf (O resultado dessa chamada é a impressão dos caracteres entre
aspas – Meu primeiro programa!). O comando da linha 5, retorna para o
sistema operacional o valor 0 (zero) e interrompe a execução do programa.
3.2.1. Biblioteca Padrão
A linguagem C disponibiliza um conjunto de bibliotecas (conjunto de funções)
para serem incorporadas aos programas dos usuários. Onde as funções
dessas bibliotecas são declaradas em arquivos-cabeçalhos, que são
organizados por finalidade ou área de aplicação.
Curiosidade
As funções de entrada (scanf) e saída (printf) são declaradas
no arquivo-cabeçalho chamado stdio.h e as funções matemáticas
são declaradas no arquivo-cabeçalho math.h.
3.2.1.1. Arquivos-cabeçalhos do Sistema
Os arquivos-cabeçalhos do sistema contêm as declarações das variáveis e
funções dos objetos armazenados na biblioteca padrão.
Curiosidade
Os arquivos-cabeçalhos do sistema são referenciados entre chaves
angulares (< e >), para que o compilador interprete como uma
referência a um arquivo-cabeçalho do sistema. Os arquivoscabeçalhos do sistema são criados durante a instalação do
compilador.
3.2.1.2. Arquivos-cabeçalhos do usuário
Os arquivos-cabeçalhos do usuário são declarações de funções e variáveis
desenvolvidas pelo usuário (programador) e que ele deseja que elas sejam
disponibilizadas para outros programas.
Curiosidade
O compilador interpreta uma referência a um arquivo-cabeçalho do
usuário através de aspas duplas (“ “).
3.3.
Comandos de Compilação
O comando mais simples do compilador gcc, mostrado abaixo, realiza todas as
etapas da compilação, bastando somente relacionar o código-fonte, do
programa C, que quer compilar e gera um código executável com o nome
a.out.
gcc <nome_programa>.c
Dica
Compilando o programa com a opção de compilação –o (gcc
<nome_programa>.c –o <nome_executavel>) faz o código
executável ser armazenado em um arquivo executável.
A Tabela 2 apresenta alguns dos comandos de compilação do gcc usados
para compilar programas C.
gcc
gcc
gcc
gcc
Tabela 2: Alguns comandos de compilação do compilador gcc.
Comandos
Descrição
Compila o programa prog.c e gera
prog.c
um executável a.out.
Compila o programa prog.c e os
prog.c aux.c io.c
códigos distribuídos aux.c e io.c e
gera um executável a.out.
Compila o programa prog.c e gera
prog.c –o exe
um executável exe.
Compila o programa prog.c e os
prog.c aux.c io.c –o exe códigos distribuídos aux.c e io.c e
gera um executável exe.
3.4.
Laboratório: Compilando o Primeiro Programa C
Este laboratório tem como finalidade mostrar como pode ser feita a compilação
de um programa C. Um programa em C é dividido em vários arquivos, que são
usados para formar um único arquivo executável.
Compilar um programa C significa transformar o código-fonte em uma
linguagem que será entendida e interpretada pelo sistema computacional alvo.
O objetivo deste laboratório é mostrar através de um exemplo, algumas
maneiras de compilar um programa em C.
3.4.1. Programa Exemplo
Digite o código-fonte apresentado no Programa 1, da seção 3.2, em um
arquivo texto e salve com o nome primeiro_programa.c.
O Programa 1, faz uso de uma biblioteca padrão (biblioteca de entrada/saída)
stdio.h, necessária para o compilador verificar a referência à função
printf, causando a impressão do argumento passado a essa função.
Recomendação
O código deve ser digitado da mesma forma, ou seja, todos os
caracteres devem ser digitados da forma mostrada, respeitando o
uso de maiúsculas e minúsculas e colocando o ponto e vírgula no
final de cada instrução. Pois, é muito comum programadores
iniciantes esquecerem os caracteres como: chaves, aspas e ponto
e vírgula. Outros detalhes desse código serão discutidos apenas
nos capítulos subsequentes.
Dica
Cuidado para que o nome do arquivo-fonte criado não tenha
extensões escondidas. Alguns editores de texto (Windows)
costumam colocar a extensão .txt no nome do arquivo, fazendo o
arquivo ficar com o nome primeiro_programa.c.txt.
3.4.2. Compilação
Em um terminal, e no mesmo diretório em que se encontra o arquivo
primeiro_programa.c, digite o comando:
gcc primeiro_programa.c –o primeiro_programa
Esse comando ira compilar o código-fonte. E a compilação dever ocorrer sem
mensagem de erro e o programa executável terá o nome
primeiro_programa.
Execute o programa, e observe a impressão da mensagem: “Meu primeiro
programa!” no terminal, como mostra a Figura 17.
Figura 17: Execução do primeiro programa C
Dica
Se o comando gcc não puder ser executado, é possível que o seu
ambiente não esteja identificando o local onde o compilador está
instalado. Geralmente o problema está relacionado à variável de
ambiente (PATH).
Curiosidade
O Uso do ponto seguido da barra inclinada é usado para executar o
programa, em sistemas em que o diretório local não faz parte do
caminho-padrão dos arquivos executáveis (Linux). Mas em alguns
sistemas como o Windows, basta digitar primeiro_programa.
Exercícios
1. Descreva e explique cada etapa do processo de compilação.
2. Quais são as extensões do código-fonte, código-objeto e código assembly?
3. O que cada comando de compilação abaixo faz:
a)
b)
c)
d)
e)
f)
gcc
gcc
gcc
gcc
gcc
gcc
–c programa_a.c
programa_b.c –o programa_b.exe
–E programa_c.c
–S programa_d.c
programa_e.o
programa_f.s –o programa_f
4. O que será impresso pelo programa a seguir?
1
2
3
4
5
#include <stdio.h>
int main(void){
printf(“Fundamentos de programação usando C”);
return 0;
}
5. Quantas funções são chamadas no interior da função main do programa
da questão anterior?
6. Utilize o compilador gcc para gerar o assembly do programa a seguir:
1
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4
5
6
#include <stdio.h>
int main(void){
int x;
x = 2;
return 0;
}
7. O seguinte programa pode ter um erro de tempo de execução em:
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4
5
#include <stdio.h>
int main(void){
printf(“Fundamentos de programação usando C”);
return 0;
}
8. Escreva um programa que imprima no terminal a seguinte saída:
1
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8
9
9. A diretiva #include é:
a)
b)
c)
d)
e)
Uma instrução da linguagem C.
Uma instrução do compilador gcc.
Uma instrução do pré-processamento.
Uma instrução do sistema operacional
Uma instrução do editor de texto.
10. Os arquivos-cabeçalhos incluídos pela diretiva #include servem para:
a)
b)
c)
d)
e)
Auxiliar o compilador a compilar o código-fonte.
Auxiliar o programador na escrita do programa C.
Executar instruções.
Incluir programas no código-fonte do programa C.
Nomear arquivos escondidos.