【C语言进阶】编译和链接

猪巴戒 2024-01-22 19:19:41

 引言

介绍编译和链接相关知识,计算机如何识别我们的代码,如何将我们的代码转化为计算机可执行程序。 

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目录

翻译环境和运行环境

翻译环境

预编译(预处理)

编译

词法分析

语法分析

语义分析

汇编

链接

运行环境


 

翻译环境和运行环境

机器并不能直接地读我们写的代码,所以一个程序的实现会经过两个环境,一个是翻译环境,另一个是运行环境。

翻译环境将代码翻译成机器能够看得懂的二进制程序,也就是可执行程序(.exe为后缀的程序文件)。

运行环境就是将已经生成的.exe文件进行运行,然后产生结果。

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翻译环境

翻译环境分为编译和链接两个大步骤:编译先将.c为后缀的源文件通过编译器生成目标文件(.obj为后缀的目标文件),链接就是将目标文件(.obj为后缀)通过链接器转化为可执行程序(.exe为后缀)。

编译又会分为3个步骤:预编译(预处理)编译汇编

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预编译(预处理)

预编译阶段,代码文件会被处理成.i为后缀的文件。

我们可以通过gcc环境,来观察test.i的文件,生成命令:

gcc -E test.c -o test.i

预处理阶段主要处理源文件中#开头的预编译命令。下面是处理的规则:

  • 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也可能包含其他文件。
  • 删除所有的注释。
  • 添加行号和文件名表示,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。

        

编译

编译过程:词法分析语法分析语义分析及优化。编译会将原来预编译生成的.i后缀的文件处理为.s为后缀的汇编代码文件。

编译过程的命令:

gcc -S test.i -o test.s

以下面的代码为例,将编译过程进行分析:

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

         

词法分析

源代码程序会经过扫描器,扫描器作用就是进行词法分析,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)。

上面的程序进行词法分析后得到16个记号:

记号类型
array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
*乘号
(左圆括号
2数字
+加号
6数字
)右圆括号

 

         

语法分析

代码已经经过扫描器进行字符的分割,接下来会进入语法分析器,对内容进行语法分析,从而产生语法树。语法树是以表达式为节点的树。

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语义分析

语义分析器来完成语义分析,就是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。

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汇编

汇编器是将汇编代码转变成机器可执行的指令,也就是是二进制指令,文件由.s为后缀文件转化为.o为后缀的目标文件。

汇编的命令:

gcc -c test.s -o test.o

         

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。

练就解决的是一个项目中多文件、多模块之间互相调用的问题。

        

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。接着变调用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它们的值。
  4. 终止程序。正常终止main函数,也有可能是意外终止。

 

 

 

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