【C语言】编译与链接：深入理解程序构建过程

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🔥引言

本篇将深入理解程序构建过程，以便于我们在编写程序的过程同时，理解底层是如何从程序的创建到生成可执行程序的。

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文章目录

一、翻译环境和运行环境
二、翻译环境
- 2.1 预处理(预编译)
- 2.2 编译
- - 2.2.1 词法分析
  - 2.2.2 语法分析
  - 2.2.4 语义分析
- 2.3 汇编
- 2.4 链接
- 三、运行环境

一、翻译环境和运行环境

ANSI C是由美国国家标准协会（ANSI）及国际标准化组织（ISO）推出的关于->C语言的标准。在ANSI C的任何一种是实现中，存在两个不同的环境。

翻译环境: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:用于实际执行代码

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二、翻译环境

翻译环境是由编译和链接两个大过程组成的，将源代码转换为可执行的机器指令，编译又可以分解成:预处理(预编译)、编译、汇编三个过程。

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【说明】:

多个.c文件单独经历编译处理生产对应的目标文件
多个目标文件和链接库一起经过链接器处理生成可执行程序
链接库是指运行时库(支持程序运行的基本库函数集合)或者第三方库

(目标文件：windows环境下后缀为.obj，Linux环境下后缀为.o)

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成为.i为后缀的文件

预处理阶段主要处理源文件中如下规则:

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

【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。

2.2 编译

编译过程：将预处理后的文件进行一系列词法分析、语法分析、语义分析以及优化，生成相应的汇编代码文件

编译过程命令:

gcc -S test.i -o test.s

比如:对下列表达式进行处理:

nums[index] = (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，把代码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。)

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2.2.2 语法分析

将对扫描产生的记号进行语法分析，从而产生语法树(以表达式为节点的树)。在这里插入图片描述

2.2.4 语义分析

由语义分析器完成语义分析，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。

2.3 汇编

由汇编器将汇编代码转为机器指令(二进制指令)，每一句汇编语句几乎都对应一条机器指令。按照汇编指令和机器指令的对照表进行一一的进行翻译，不做指令优化。

汇编的命令如下:

gcc -c test.s -0  test.o

2.4 链接

将一堆文件链接在一起生成可执行程序，为解决一个项目中多文件、多模块之间互相调用的问题。

主要过程:地址和空间分配，符号决议和重定位等步骤

<test.c>extern int g_val;
extern Add(int x,int y);
int main()
{int a=10;int b=20;Add(a,b);printf("%d",g_val);return 0;
}
<Add.c>int g_val=10;
int Add(int x,int y)
{return x+y;
}

【说明】:每个源文件多是单独经过编译器处理生成对应的目标文件

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

其中在test.c文件中使用extern声明其他文件的外部符号。在test.c文件中使用Add函数和g_val变量时，必须需要知道Add函数和g_val变量的地址，但是由于每个文件是单独编译的，在编译器test.c时并不知道Add函数和g_val变量的地址，所以暂时把调用Add的指令的目标地址和g_val的地址搁置。等到最后的链接操作由链接器根据引用符号Add在其他模块中查找Add函数的地址，然后将test.c中所用引用到Add的指令重新修正，让调用Add的指令的目标地址成为真正Add函数的地址，对于全局变量g_val也是类似的方法修改地址。这个地址修改的过程也被称为:重定位。

三、运行环境

程序必须载入内存中，在操作系统的环境下：一般这个由操作系统完成在独立的环境下: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的
程序的执行开始–>调用main函数
开始执行程序代码。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内存，存储在静态区的变量，生命周期跟程序的整个执行过程一样长。
终止程序。正常终止main函数，也可能异常终止。

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以上就是本篇文章的所有内容，在此感谢大家的观看！这里是店小二C语言笔记，希望对你在学习C语言中有所帮助！接下来，我们将进入初阶数据结构的学习中