C语言的编译和链接

最新推荐文章于 2026-01-06 22:07:24 发布

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#c语言 #开发语言

本文详细阐述了C语言项目中翻译环境和运行环境的工作原理，包括预编译、编译（词法分析、语法分析、语义分析和优化）、汇编以及链接等步骤。还讨论了程序在不同环境中的加载、执行和终止过程。

翻译环境和运行环境

在ANSI C的实现过程中，存在两种不同的环境

第1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。
第2种是运行环境，它用于实际执行代码

翻译环境

翻译环境将源代码转换为可执行的机器指令。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。
• 多个.c文件单独经过编译出编译处理⽣产对应的目标文件。
• 注：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
• 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。
• 链接库是指运行时库或者第三方库。
如果再把编译器展开成3个过程，那就变成了下面的过程：

2.1 预编译

在预编译阶段，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：

gcc -E test.c -o test.i

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。可以查看预处理后的.i文件来确认宏是否正确。

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，声称相应的汇编代码文件。编译过程的命令如下：

gcc -S test.i -o test.s

接下来的通过一下代码对词法分析、语法分析、语义分析及优化步骤进行分析：

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)。

将上述代码进行拆分,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	数学
+	加号
6	数字
)	右圆括号

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。这些语法树是以表达式为节点的树。

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

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进行翻译，也不做指令优化。
汇编的命令如下：

gcc -c test.s -o test.o

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件、多模块之间互相调用的问题。

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。