C语言程序编译和链接

   

目录

        1. C语言中的翻译环境与运行环境的联系：

          2.翻译环境：

        3.运行环境

        

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        1. C语言中的翻译环境与运行环境的联系：

        在C语言的任何一种实现中，存在两种不同的环境：

        第一种是翻译环境，可以将源代码转换成可执行的计算机指令（二进制指令）。

        第二种是运行环境，它用于实际执行代码。

        

        2.翻译环境：

        翻译环境又分为：

        1.预处理（预编译）。

        2.编译。

        3.汇编。

        4.链接。

        注意：前面的1，2，3 又统一叫做编译

        

        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那些源文件中 # 开始的预编译指令。

        1. 将所有的  #define 删除，并展开所有的宏定义。

        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。

        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。

        假设有下面的代码：

        

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

        对上面代码进行编译的时候，会怎么做呢？

       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）。

         上面代码进行词法分析后得到了16个记号：

        

         接下来就是语法分析了：

         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。

        

         接下来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：

            汇编器是将汇编代码转转变成机器可执行的指令（二进制指令），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：

        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。

        比如有这两个文件源代码：

        

        他们会怎么链接呢？

        首先，对应的 add.c 文件会生成 .o 为后缀的文件，asd.c 文件会生成 .o 为后缀的文件，然后他们分别对应有一个符号表：

        

         只有全局变量和函数才会生成对应的符号表，并有对应的地址，局部变量只有在调用了函数后才会生成局部变量的空间）然后生成可执行文件（.exe）的时候，他们的符号表会合并：

        

         当他们合并符号表时，因为右边 asd.o 的文件符号表里 Add只是声明有这个函数，Add 真正的实现函数在 Add.o文件才有地址， 所以编译器不会给右边 asd.o 的文件符号表里 Add 分配地址，也就是0x000，代表无意义的地址。（这个地址修正的过程也被叫做：重定位。）

        当运行 main 函数的时候，他就能通过符号表地址找到 Add函数 并运行了。

        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。（也就是程序要占用内存来运行）

        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。（所有代码都是函数驱动去执行的，所有代码都是放在函数里面去执行的，像 printf 这种，他不会放在函数外面，不然编译就会报错。）

        4. 终止程序。正常终止main函数；也有可能是意外终止。