编译、链接过程简介

1 初识编译器

2 预编译

• 处理所有的注释，以空格代替。
• 将所有的#define删除，并且展开所有的宏定义。
• 处理条件编译指令#if,#ifdef,#elif,#else,#endif。
• 处理#include，展开被包含的文件。
• 保留编译器需要使用的#pragam指令。

预处理指令示例：gcc –E file.c –o file.i

3 编译

• 对预处理文件进行词法分析、语法分析和语义分析。
  
  • 词法分析：分析关键字、标识符、立即数等是否合法。
  • 语法分析：在分析表达式是否遵循语法规则。
  • 语义分析：在语法分析的基础上进一步分析表达式是否合法。
• 分析结束后进行代码优化生成相应的汇编代码文件。

编译指令示例：gcc –S file.i –o file.s

4 汇编

• 汇编器将汇编代码转变为机器可以执行的指令。
• 每条汇编语句几乎都对应一条机器指令。

汇编指令示例：gcc –c file.s –o file.o

5 链接

5.1 问题

工程中的每个C语言源文件被编译后生成目标文件，这些目标文件如何生成最终的可执行程序？

链接器的意义：链接器的主要作用就是把各个模块之间相互引用的部分处理好，使得各个模块之间能够正确的衔接。

5.2 静态链接

由链接器在链接时将库的内容直接加入到可执行程序中。

linux下静态库的创建和使用

• 编译静态库源码:gcc –c lib.c –o lib.o
• 生成静态库文件:ar –q lib.a lib.o
• 使用静态库编译:gcc main.c lib.a –o main.out

5.3 动态链接

• 可执行程序在运行时才动态加载库进行链接。
• 库的内容不会进入可执行程序当中。

linux下动态库的创建和使用

• 编译动态库源码:gcc –shared dlib.c –o dlib.so

• 使用动态库编译:gcc main.c –ldl –o main.out（注：ldl告诉编译器会使用动态链接选项）

• 关键系统调用：

  • dlopen:打开动态库文件。
  • dlsym:查找动态库中的函数并返回调用地址。
  • dlclose:关闭动态库文件。

// main.c
#include <stdio.h>
#include <dlfcn.h>

int main()
{
    void* pdlib = dlopen("./dlib.so", RTLD_LAZY);

    char* (*pname)();
    int (*padd)(int, int);

    if( pdlib != NULL )
    {
        pname = dlsym(pdlib, "name");
        padd = dlsym(pdlib, "add");

        if( (pname != NULL) && (padd != NULL) )
        {
            printf("Name: %s\n", pname());
            printf("Result: %d\n", padd(2, 3));
        }

        dlclose(pdlib);
    }
    else
    {
        printf("Cannot open lib ...\n");
    }

    return 0;
}

// slib.c

char* name()
{
    return "Static Lib";
}


int add(int a, int b)
{
    return a + b;
}

6 小结

编译过程分为预处理、编译、汇编和链接四个阶段。

• 预处理：处理注释，宏以及以#开头的符号。
• 编译：进行词法分析，语法分析和语义分析等。
• 汇编：将汇编代码翻译机器指令的目的文件。
• 链接是指将目标文件最终链接为可执行程序。根据链接方式的不同，链接过程可以分为：
  
  • 静态链接：目标文件直接链接进入可执行程序。
  • 动态链接：在程序启动后才动态加载目标文件。