目录
1. 翻译环境和运行环境
2. 翻译环境:预编译+编译+汇编+链接
1. 翻译环境和运行环境
在ANSI C 的任何一种实现中,存在两个不同环境。
(1) 翻译环境,在这种环境中源代码被转换为可执行的机器指令(二进制指令)。
(2) 执行环境,它用于实际执行的代码。
2. 翻译环境
翻译环境是怎么将源代码转换为可执行的机器指令?翻译环境大概所做的事情:
编译和链接两个过程组成,而编译又可分为预处理(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?
(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。
编译器的过程(如图):
2.1 预处理(预编译)
在预处理阶段,源文件和头文件会被处理为 .i 后缀的文件。
在gcc 环境想观察一下,对 test.c 文件与处理后的文件,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,如: #if、#ifdef、#elif、#else、#endif。
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可能包含其他文件。
删除所有的注释
添加行号和文件标识名,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。
经过预处理后的 .i文件不再包含宏定义,因为宏已经被展开。并且包含的头文件都被插入 .i 文件中。所以我们无法知道宏定义或者头文件是否包含正确的时候,可以查看与处理后的 .i 文件来确认。
2.2 编译
编译过程就是将与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。
编译过程的命令如下:
gcc -S test.i -o test.s
读下面的代码进行编译的时候,会怎么做?
array[inedx]=(index+4)*(2+6);
2.2.1 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,将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)。
上面分析进行词法分析后得到16个记号:
2.2.2 语法分析
语法分析器,将扫描产生的记号进行语法分析,从而产生语法树。这些语法是以表达式为节点的数。
语法树
2.2.3 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的分析。编译器所能做的分析就是语义的静态分析。静态语义分析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。
2.3汇编
汇编器将汇编代码转换变成机器可执行的指令,每一个汇编语句几乎对应一条机器指令。就是根据汇编指令和机器指令的对照表一一的进行翻译,也不做优化。
汇编命令如下:
gcc -c test.s -o test.o
2.4 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的程序。
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。
比如:
在一个c项目中有2个文件(test.c)和(add.c),代码如下:
extern Add(int x, int y);//声明外部函数
int main()
{
int a = 10;
int b = 20;
int r = Add(a, b);
printf("%d", r);
return 0;
}
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
int Add(int x, int y)
{
return x + y;
}
test.c经过编译器处理生成 test.o
add.c经过编译器处理生成 add.o
3. 运行环境
1. 程序必须载入内存中。再有操作系统的环境中:一般这个由OS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的代码置入内存只读内存来完成。
2. 程序的执行便开始。接着变调用main函数。
3. 开始执行程序代码。这个时候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。正常终止函数;也可能是意外终止。