C语言之编译和链接

翻译环境和运行环境

在ANSI C的任何一种实现中，都存在两个不同的环境
1. 翻译环境，在这个环境中将源代码转换成可执行的机器指令
2. 运行环境，在这个环境中用于实际实行代码

1 翻译环境

翻译环境又被分成两个部分：编译和链接
其中编译又被分为了三个部分：预处理（预编译）、编译、汇编

1. 每个.c文件都单独经过编译器编译处理产生对应的目标文件（.obj）

TIPS：在windwos环境下的目标文件为.obj，Linux环境下的目标文件为.o

2.多个目标文件和链接库一起通过链接器处理生成最终的可执行程序

TIPS：链接库为运⾏时库(它是⽀持程序运⾏的基本函数集合)或者第三⽅库

编译

1.1.1 预处理（预编译）

在预处理阶段，会将源文件和头文件转换成.i为后缀的文件

预处理主要处理源文件中#开始的预编译指令

1. 将所有的 #define 删除，并展开所有的宏定义
2. 处理所有的条件编译指令 例如：#if #ifdef #elif #else #endif
3. 处理#include 预编译指令，将包含的头⽂件的内容插⼊到该预编译指令的位置。这个过程是递归进
   ⾏的，也就是说被包含的头⽂件也可能包含其他⽂件
4. 删除所有注释
5. 添加⾏号和⽂件名标识，⽅便后续编译器⽣成调试信息等
6. 或保留所有的#pragma的编译器指令，编译器后续会使⽤

简单来说在预处理阶段只是一些文本操作，并未将源代码转换二进制指令，生成.i文件

1.1.2 编译

编译阶段就是将预处理后的文件进行：词法分析、语法分析、语义分析及优化，生成对应的汇编代码文件（.s）

假设有如下代码：

arr[index] = ( index + 4 ) * ( 2 + 6);

第一步：词法分析

将代码输入扫描器，扫描器的任务就是对代码进行简单的词法分析，将代码分割成一个个记号（关键字、标识符、字面量、特殊符号等）
上述代码就被分割成了16个记号

记号	类型
arr	标识符
[	左方括号
index	标识符
]	右方括号
=	赋值
(	左圆括号
index	标识符
+	加号
4	数字
）	右圆括号
*	乘法
(	左圆括号
2	数字
+	加法
6	数字
）	右圆括号

第二步：语法分析

由语法分析器，对扫描出来的符号进行语法分析，从而生成以表达式为节点的语法树

第三步：语义分析

由语义分析器来完成语义分析，对表达式的语法层面分析，编译器所能做的分析是语义的静态分
析。静态语义分析通常包括声明和类型的匹配，类型的转换等。这个阶段会报告错误的语法信息

简单来说在编译阶段将源代码转换成汇编代码，生成.s文件

1.1.3 汇编

汇编器是将汇编代码转转变成机器可执⾏的指令，每⼀个汇编语句⼏乎都对应⼀条机器指令。就是根
据汇编指令和机器指令的对照表⼀⼀的进⾏翻译，也不做指令优化

简单来说在汇编阶段就是将编译阶段产生的汇编代码进一步转换成二进制指令，生成.o文件

链接

链接是⼀个复杂的过程，链接的时候需要把⼀堆⽂件链接在⼀起才⽣成可执⾏程序。
链接过程主要包括：地址和空间分配，符号决议和重定位等这些步骤
链接解决的是⼀个项⽬中多⽂件、多模块之间互相调⽤的问题

在编译的过程中，会将出现的函数进行一个符号汇总

例如：
在add.c中定义了函数 Add函数 假设地址为0x100
在test.c中使用了函数 Add函数 假设地址为0x000 以及mian函数 假设地址为0x200
那么就会汇总ADD ADD main这三个符号

在汇编过程中，会将汇总的符号制成符号表

Add	0x100
Add	0x000
main	0x200

在链接过程中，会符号表进行符号决议和重定位
由于Add是在add.c中定义的，所以会选择0x100这个地址作为函数的地址

Add	0x100
main	0x200

2. 运行环境

1. 程序必须载⼊内存中。在有操作系统的环境中：⼀般这个由操作系统完成。在独⽴的环境中，程序
   的载⼊必须由⼿⼯安排，也可能是通过可执⾏代码置⼊只读内存来完成。
2. 程序的执⾏便开始。接着便调⽤main函数。
3. 开始执⾏程序代码。这个时候程序将使⽤⼀个运⾏时堆栈（stack），存储函数的局部变量和返回
   地址。程序同时也可以使⽤静态（static）内存，存储于静态内存中的变量在程序的整个执⾏过程
   ⼀直保留他们的值。
4. 终⽌程序。正常终⽌main函数；也有可能是意外终⽌