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前言

对编译和链接 进行简单的介绍

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一、环境介绍

在ANSIC的任何⼀种实现中，存在两个不同的环境。

• 翻译环境，在这个环境中源代码被转换为可执行的机器指令（二进制指令）
• 执行环境，它用于实际执行代码。

 

二、翻译环境

接下来我们先讲一讲翻译环境

翻译环境可以分为编译和链接两大部分,其中编译又可以分解为预处理、编译、汇编三步骤

这里对上图进行解释:

• 多个.c文件单独经过编译器，编译处理生成对应的目标文件。
• 注: 在Windows环境下的目标文件的后缀是 .obj ，Linux环境下目标文件的后缀是.o
• 多个目标文件和链接库⼀起经过链接器处理生成最终的可执行程序。
• 注: 链接库是指运行时库(它是支持程序运行的基本函数集合)或者第三方库。

当把编译器展开成3个过程,那就变成了下面的过程：

在Linux环境下,以gcc编译器来做演示

1.预处理（预编译）

在预处理阶段,源文件和头文件会被处理成为 .i 为后缀的文件。

在gcc环境下想观察⼀下,对 test.c 文件预处理后的.i文件，命令如下：

gcc -E test.c -o test.i

 预处理阶段主要处理那些源文件中#开始的预编译指令。比如：#include, #define，处理的规则如下：

• 将所有的 #define 删除，并展开所有的宏定义
• 处理所有的条件编译指令
• 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
• 删除所有的注释
• 添加行号和文件名标识，方便后续编译器生成调试信息等
• 或保留所有的#pragma的编译器指令，编译器后续会使用

经过上述处理后, .i文件不再有宏定义,并且包含的头文件会被插入到.i文件中

因此我们可以通过.i文件来确认宏定义和头文件是否包含正确

2.编译

编译过程就是将预处理后的文件进行一系列的：词法分析、语法分析、语义分析及优化，生成相应的汇编代码文件。

我们以如下代码进行讲解

arr[i] = i+1

首先扫描器会对源代码程序进行词法分析,将代码中的字符分成一系列记号

如:

arr : 标识符                                          ] :  右方括号                          1 : 数字

 [   : 左方括号                                      = :  赋值

 i   : 标识符                                          + : 加号

接着语法分析器会通过记号进行语法分析,生成以表达式为节点的语法树 

最后进行语法分析及优化 ,通过语义分析器,即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

 

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,进而生成.o文件,不再进行指令优化。

汇编的命令如下：

gcc -c test.s -o test.o

4.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。

如,我们在add.c中写了个加法方法Add(),在test.c文件的主函数中调用加法方法

add.c  ->  add.o

test.c  ->  test.o

两个.o文件进行链接,形成一个符号表

 Add()的真正的地址是0x1000,所以会进行地址的修正,即重定位

至于详细内容,可以阅读<<程序员的自我修养>>来经行了解

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 三、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。