C语言编译和链接理解

一. 翻译环境和运行环境
二. 翻译环境:预编译+编译+汇编+链接
三运行环境

一. 翻译环境和运行环境 :

1.翻译环境和运行环境:在ANSI C的任何⼀种实现中,存在两个不同的环境。第1种是翻译环境,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) 第2种是执行环境,它用于实际执行代码。具体可以参考这个图来加深理解。

2.翻译环境:

那翻译环境是怎么将源代码转换为可执⾏的机器指令的呢?这⾥我们就得展开开讲解⼀下翻译环境所做的事情。  其实翻译环境是由编译和链接两个⼤的过程组成的,⽽编译⼜可以分解成:预处理(有些书也叫预编 译)、编译、汇编三个过程。

 

⼀个C语⾔的项⽬中可能有多个 .c 文件⼀起构建,那多个 .c 文件如何⽣成可执行程序呢? 

(1) 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

(2) 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

(3)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

(4)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

如果再把编译器展开成3个过程,那就变成了下⾯的过程:

 

二. 翻译环境:预编译+编译+汇编+链接:

1.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

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 

(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,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)删除所有的注释

(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

注意 :经过预处理后的.i⽂件中不再包含宏定义,因为宏已经被展开。并且包含的头⽂件都被插⼊到.i⽂件中。所以当我们⽆法知道宏定义或者头⽂件是否包含正确的时候,可以查看预处理后的.i⽂件来确认

2.编译(一下我大概讲述,具体可以去看《程序员的自我修养》这本书)

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。 编译过程的命令:gcc -S test.i -o test.s

1.词法分析:将源代码程序被输⼊扫描器,扫描器的任务就是简单的进⾏词法分析,把代码中的字符分割成⼀系列 的记号(关键字、标识符、字⾯量、特殊字符等)。

2.语法分析:

接下来语法分析器,将对扫描产⽣的记号进⾏语法分析,从⽽产⽣语法树。这些语法树是以表达式为节点的树。

3.语义分析:

由语义分析器来完成语义分析,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
如下图报错:

 

 

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。 汇编命令: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

 

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,常终止main函数;也有可能是意外终止。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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