编译和链接详解

目录

前言

一、预处理

二、编译

1.词法分析

2.语法分析

3.语义分析

三、汇编

四、链接

总结

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前言

“Hello world! ”几乎是每个人学习编程时输出的第一条语句，如下面用C语言写的这几行代码：

#include <stdio.h>

int main()
{
    printf("Hello world!");
    return 0;
}

写下这几行代码后，我们简单的点一下运行就可以在屏幕上打印出“Hello world! ”这行语句。

事实上，visual studio、gcc等开发工具帮我们省略了后续一系列过程，上述代码的运行过程可以分成预处理、编译、汇编链接四个步骤，下面我们就详细介绍以下四步。

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一、预处理

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。
• 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。

二、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。

如对下面代码进行编译：

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

1.词法分析

将源代码程序输入扫描器，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）。

上面程序进行词法分析后得到了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

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，而产生语法树。这些语法树是以表达式为 节点的树。

3.语义分析

接下来进行的是语义分析，由语义分析器完成。

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。

三、汇编

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。

四、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。

详细过程可参考《程序员的自我修养》。

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总结

讲解了⼀个C的程序是如何编译和链接，到最终生成可执行程序的过程，希望大家能有所收获。