Co to jest preprocesor?

Ogólnie rzecz biorąc, kiedy ktoś odnosi się do procesora w komputerach, ma na myśli jakiś rodzaj krzemowego układu scalonego, który wykonuje obliczenia. P w CPU, GPU, APU, NPU i wielu innych formach układów logicznych oznacza „przetwarzanie”, czyli jednostkę centralną. Każdy z nich to specyficzny typ procesora, zoptymalizowany pod kątem jego konkretnej funkcji. Preprocesor nie ma jednak nic wspólnego z procesorami fizycznymi, takimi jak CPU czy GPU. Zamiast tego jest to termin programistyczny, odnoszący się konkretnie do języków kompilowanych.

Co to jest kompilator?

Kompilator to oprogramowanie, które kompiluje określony język programowania do kodu maszynowego. Wszystkie języki programowania muszą zostać przekonwertowane na kod maszynowy, ponieważ instrukcje czytelne dla człowieka, które składają się na użyteczne języki programowania, nie są bezpośrednio wykonywane przez komputer. Niektóre są zaprojektowane do interpretacji w locie, gdy kod jest uruchamiany. Takie podejście jest bardzo elastyczne, co ułatwia wprowadzanie drobnych zmian. Jednak wiele innych języków programowania musi zostać skompilowanych, aby mogły zostać wykonane. W małych programach nie musi to zająć dużo czasu. Jednak w przypadku większych programów kompilacja może zająć minuty, a nawet godziny.

Dlaczego więc miałbyś chcieć używać języka, który wymaga kompilacji? Cóż, trudniej jest wykonać inżynierię wsteczną. Interpretowane języki programowania często mają swój kod dystrybuowany bez zmian, co ułatwia „kradzież”. W przypadku firm, które chcą chronić swoją własność intelektualną, kompilacja wstawek jest złożonym i niewiarygodnym etapem inżynierii wstecznej, aby zobaczyć rzeczywisty kod. Skompilowane oprogramowanie jest również zwykle mniejsze, ponieważ zostało zoptymalizowane pod kątem wykonania. Nie jest to tak naprawdę problem w przypadku małych skryptów, ale w przypadku dużego oprogramowania o rozmiarze setek megabajtów, a nawet gigabajtów, może to mieć zauważalny efekt.

Co więc robi preprocesor?

Preprocesor to narzędzie, które jest uruchamiane na kodzie przed jego kompilacją. Zazwyczaj kompilator automatycznie wywołuje preprocesor podczas uruchamiania, jednak można je również uruchomić osobno. Zadaniem preprocesora jest skonfigurowanie kodu dokładnie tak, jak zamierzono. Robi to przede wszystkim poprzez wykonywanie funkcji wyszukiwania i zastępowania.

Na przykład w C standardową praktyką jest używanie wielu standardowych bibliotek. Biblioteki te definiują szereg funkcji zapewniających standardową funkcjonalność. Aby zaimportować te biblioteki, używane jest słowo kluczowe „#include”, po którym następuje nazwa biblioteki. Preprocesor przeszukuje kod w poszukiwaniu instrukcji typu „#include” i zastępuje je. W przypadku „#include” preprocesor wstawia całą zawartość podanej biblioteki.

Pozwala to zachować czytelność faktycznie napisanego kodu, jednocześnie korzystając z wielu potężnych i istniejących wcześniej narzędzi. Oszczędza to konieczności wymyślania koła na nowo dla każdej aplikacji lub konieczności wklejania części lub całej biblioteki do bazy kodu.

Innym potencjalnym zastosowaniem preprocesora jest usuwanie lub dodawanie pewnych funkcji w zależności od celu kompilacji. Na przykład, jeśli chcesz przetestować nową kompilację, bardzo przydatne może być uwzględnienie kilku kroków debugowania. Nie tylko nie są one potrzebne w kompilacjach wydań, ale w rzeczywistości powodują, że skompilowane oprogramowanie jest większe. Preprocesor może sprawdzić argumenty kompilatora i określić, czy pewne funkcje muszą zostać uwzględnione, czy zignorowane. Podobnie preprocesor zwykle usuwa komentarze przed kompilatorem, ponieważ nie powinny one być uwzględniane w kompilacji.

Wniosek

Preprocesor to narzędzie uruchamiane przez kompilator w celu manipulowania kodem przed jego kompilacją. Chociaż preprocesor można wywołać oddzielnie, zwykle jest on wywoływany jako część procesu kompilacji. Preprocesor szuka pewnych zdefiniowanych łańcuchów i zastępuje je standardową treścią. W przypadku komentarzy nie ma zamiany, ale w przypadku instrukcji zawierających biblioteki zewnętrzne preprocesor zastępuje instrukcję zawartością rzeczywistej biblioteki. Preprocesor może również przyjmować argumenty w czasie kompilacji, aby bramkować określoną funkcjonalność. Jest to często używane do dołączania lub wykluczania funkcji debugowania z kompilacji testowych lub wydań.