深入学习C语言之编译链接-优快云博客

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翻译环境和运行环境

所有C语言编译器的实现都要基于C语言的标准进行实现，每一个编译器的实现都会包含这两个环境，一个是翻译环境，一个是运行环境。

我们上面已经看到了，翻译环境是将我们写的文本文件转变为计算机能够识别的可执行程序。那么在翻译环境中究竟经过了怎样的一个过程呢？下面我们来细细的探讨一下。

其实是这样的，在经过翻译环境转化为二进制指令的过程中经过了这样的几个过程，首先是预处理，接着是编译，然后是汇编，最后是链接。下面是模拟整个翻译环境的细节过程。

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：
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。
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。

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。
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）。
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。
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。

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。

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件、多模块之间互相调⽤的问题。这个过程主要通过符号表来完成。下面举个例子：
我们应该很疑惑，明明两个文件都会生成目标的.o文件，为什么通过生命可以找到另一个文件中定义的变量和函数呢？这就是链接器的作用的体现了。每个目标文件都会包含一个符号表，这个符号表会存入在编译时就确定的值，比如全局函数，全局变量等。在Add的符号表中会将Add函数的地址和glable变量的地址存入符号表，在test.o文件中会将我们声明的Add和glable的地址进行搁置，在链接器的作用下会将两个符号表进行合并，最终实现跨文件的调用。

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。
程序的开始由main函数开始。
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。运行时堆栈中包含每一个函数开辟的函数栈帧。
终⽌程序。正常终⽌main函数；也有可能是意外终⽌。