C语言程序的编译与链接

【C语言】c语言程序编译运行过程;静态链接,动态链接;   一、程序编译链接的整体流程 二、目标文件的样子(以linux下的elf文件格式为例) 三、静态链接 四、装载 五、动态链接     一、程序编译链接的整体流程 通常我们使用gcc来生成可执行程序,命令为:gcc hello.c,默认生成可执行文件a.out 其实编译(包括链接)的命令:gcc hello.c 可分解为如下4个大的步骤: 预处理(Preprocessin... 阅读详情

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

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

 2.2.3语义分析

 2.3汇编

2.4链接

3.运行环境


1. 翻译环境和运⾏环境

        我们写的代码是文本文件,计算机能执行的是二进制指令,所以在文件执行之前,需要经过翻译过程把我们写的代码翻译成机器能执行的二进制指令。

        在ANSI C的任何一种实现中,存在两个不同的环境。

        第一种是翻译环境,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)。

        第二种是执行环境,它用于实际执行代码。

2. 翻译环境:预编译+编译+汇编+链接

        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(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.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(支持程序运行的基本函数集合)或者第三方库。 

上述的过程如下:

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。

        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:

        默认情况下编译器在编译之后用完.i文件是会被直接删掉的。 

         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(将#define定义的标识符替换为具体的值)。

        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。

        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。

        编译过程的命名如下:

        假设有下面的代码

array[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)。上面程序今昔词法分析后得到了16个记号:

2.2.2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,这些语法树是表达式为节点的数。

 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含声明和类型的匹配,类型的转换等。这个阶段会报告错误的语法信息。

 2.3汇编

        汇编器是将汇编代码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的进行翻译,也不做指令优化。汇编的命令如下:

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。

 比如:在一个C项目中有两个.c文件(test.c和add.c),代码如下:

        test.c和add.c经过编译器处理生成test.o和add.o。我们在test.c的文件中使用add.c中的Add函数和g_val变量。

        test.c文件中每一次使用Add函数和g_val的时候必须确切的知道Add和g_val的地址,但是由于每个文件是单独编译的,在编译器编译test.c的时候并不知道Add函数和g_val变量的地址,所有暂时把调用Add在其他模块中查找Add函数的指令的目标地址和g_val的地址搁置。等待最后链接的时候由链接器根据引用的符号Add在其他模块中查找Add函数的地址,然后将test.c中所有引用到Add的指令重新修正,让他们的目标地址为真正的Add函数的地址,对于全局变量g_val也是类似的方法来修正地址。这个地址修正的过程也被叫做:重定位。

3.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。正常终⽌main函数;也有可能是意外终⽌。
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QinMou 1035
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