编译过程简介

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编译预处理

专题三：编译预处理。包括以下章节：

  • 编译过程简介
  • 宏定义与宏使用分析
  • 条件编译使用分析
  • #error和#line
  • #pragma预处理分析
  • #和##运算符使用解析

你不知道的事

  • gcc file.c file.h命令的过程
    这里写图片描述

预编译

  • 处理所有的注释，用空格替换
  • 处理#define宏定义：删除所有宏定义，展开所有宏定义
  • 处理条件编译指令#if，#ifdef，#elif，#else，#elseif
  • 处理#include：展开被包含的文件

  • 保留预编译器需要使用的#pragma

    预处理指令：gcc -E file.c -o file.i

编译

  • 对预处理文件进行一系列词法分析，语法分析和语义分析
    • 词法分析主要分析关键字，标示符，立即数等是否合法
    • 语法分析主要分析表达式是否遵循语法规则
    • 语义分析在语法分析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

    预处理指令：gcc -S file.c -o file.s

汇编

  • 汇编器将汇编代码转变为机器码（机器可以执行的指令）

    • 每个汇编语句几乎对应一条机器指令

    预处理指令：gcc -c file.s -o file.o

链接器

  • 链接器主要是将有关各个模块的目标文件彼此相连接生成可加载、可执行的目标文件。
  • 链接器有两种链接方式：静态链接和动态链接
    • 静态链接：链接器将函数的代码从其所在地（目标文件或静态链接库中）拷贝到最终的可执行程序中。
    • 动态链接：只提供符号表和其他少量信息用于保证所有符号引用都有定义，保证编译顺利通过。在运行时此可执行文件被执行时，动态链接库的全部内容将被映射到运行时相应进程的虚地址空间。
  • 静态链接和动态链接优缺点
    • **静态链接：优点：在编译阶段已经完成拷贝，不需要重定位目标文件，节省时间；
    • 缺点：目标文件会很大，占用更多内存**
    • **动态链接：优点：更新动态库，无需重新链接；运行中可供多个程序使用，内存中只需要有一份，节省内存。
    • 缺点：对于大系统，重新链接是一个非常耗时的过程**

小结

  • 编译器的编译工作主要分为预处理，编译，汇编三部分
  • 链接器的工作是把各个独立的模块链接为可执行文件
  • 静态链接在编译器完成，动态链接在运行期完成

实例分析1-1：源代码单步编译示例

hello.c

#include <stdio.h>

#define HELLOWORLD "hello world!\n"

int main()
{
    printf(HELLOWORLD);

    return 0;
}

执行命令：gcc -E hello.c -o hello.i

hello.i

# 1 "hello.c"
# 1 "<built-in>"
# 1 "<命令行>"
# 1 "hello.c"
# 1 "/usr/include/stdio.h" 1 3 4
# 28 "/usr/include/stdio.h" 3 4
# 1 "/usr/include/features.h" 1 3 4
# 324 "/usr/include/features.h" 3 4
# 1 "/usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/predefs.h" 1 3 4
# 325 "/usr/include/features.h" 2 3 4
# 357 "/usr/include/features.h" 3 4
# 1 "/usr/include/x86_64-linux-gnu/sys/cdefs.h" 1 3 4
# 378 "/usr/include/x86_64-linux-gnu/sys/cdefs.h" 3 4
# 1 "/usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/wordsize.h" 1 3 4
# 379 "/usr/include/x86_64-linux-gnu/sys/cdefs.h" 2 3 4
# 358 "/usr/include/features.h" 2 3 4
# 389 "/usr/include/features.h" 3 4
# 1 "/usr/include/x86_64-linux-gnu/gnu/stubs.h" 1 3 4



# 1 "/usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/wordsize.h" 1 3 4
# 5 "/usr/include/x86_64-linux-gnu/gnu/stubs.h" 2 3 4




# 1 "/usr/include/x86_64-linux-gnu/gnu/stubs-64.h" 1 3 4
# 10 "/usr/include/x86_64-linux-gnu/gnu/stubs.h" 2 3 4
# 390 "/usr/include/features.h" 2 3 4
# 29 "/usr/include/stdio.h" 2 3 4





# 1 "/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/4.6/include/stddef.h" 1 3 4
# 212 "/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/4.6/include/stddef.h" 3 4
typedef long unsigned int size_t;
# 35 "/usr/include/stdio.h" 2 3 4

# 1 "/usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/types.h" 1 3 4
# 28 "/usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/types.h" 3 4
# 1 "/usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/wordsize.h" 1 3 4
# 29 "/usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/types.h" 2 3 4


typedef unsigned char __u_char;
typedef unsigned short int __u_short;
typedef unsigned int __u_int;
typedef unsigned long int __u_long;


typedef signed char __int8_t;
typedef unsigned char __uint8_t;
typedef signed short int __int16_t;
typedef unsigned short int __uint16_t;
typedef signed int __int32_t;
typedef unsigned int __uint32_t;

typedef signed long int __int64_t;
typedef unsigned long int __uint64_t;







typedef long int __quad_t;
typedef unsigned long int __u_quad_t;
# 131 "/usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/types.h" 3 4
# 1 "/usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/typesizes.h" 1 3 4
# 132 "/usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/types.h" 2 3 4


typedef unsigned long int __dev_t;
typedef unsigned int __uid_t;
typedef unsigned int __gid_t;
typedef unsigned long int __ino_t;
typedef unsigned long int __ino64_t;
typedef unsigned int __mode_t;
typedef unsigned long int __nlink_t;
typedef long int __off_t;
typedef long int __off64_t;
typedef int __pid_t;
typedef struct { int __val[2]; } __fsid_t;
typedef long int __clock_t;
typedef unsigned long int __rlim_t;
typedef unsigned long int __rlim64_t;
typedef unsigned int __id_t;
typedef long int __time_t;
typedef unsigned int __useconds_t;
typedef long int __suseconds_t;

typedef int __daddr_t;
typedef long int __swblk_t;
typedef int __key_t;


typedef int __clockid_t;


typedef void * __timer_t;


typedef long int __blksize_t;




typedef long int __blkcnt_t;
typedef long int __blkcnt64_t;


typedef unsigned long int __fsblkcnt_t;
typedef unsigned long int __fsblkcnt64_t;


typedef unsigned long int __fsfilcnt_t;
typedef unsigned long int __fsfilcnt64_t;

typedef long int __ssize_t;



typedef __off64_t __loff_t;
typedef __quad_t *__qaddr_t;
typedef char *__caddr_t;


typedef long int __intptr_t;


typedef unsigned int __socklen_t;
# 37 "/usr/include/stdio.h" 2 3 4
# 45 "/usr/include/stdio.h" 3 4
struct _IO_FILE;



typedef struct _IO_FILE FILE;





# 65 "/usr/include/stdio.h" 3 4
typedef struct _IO_FILE __FILE;
# 75 "/usr/include/stdio.h" 3 4
# 1 "/usr/include/libio.h" 1 3 4
# 32 "/usr/include/libio.h" 3 4
# 1 "/usr/include/_G_config.h" 1 3 4
# 15 "/usr/include/_G_config.h" 3 4
# 1 "/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/4.6/include/stddef.h" 1 3 4
# 16 "/usr/include/_G_config.h" 2 3 4




# 1 "/usr/include/wchar.h" 1 3 4
# 83 "/usr/include/wchar.h" 3 4
typedef struct
{
  int __count;
  union
  {

    unsigned int __wch;



    char __wchb[4];
  } __value;
} __mbstate_t;
# 21 "/usr/include/_G_config.h" 2 3 4

typedef struct
{
  __off_t __pos;
  __mbstate_t __state;
} _G_fpos_t;
typedef struct
{
  __off64_t __pos;
  __mbstate_t __state;
} _G_fpos64_t;
# 53 "/usr/include/_G_config.h" 3 4
typedef int _G_int16_t __attribute__ ((__mode__ (__HI__)));
typedef int _G_int32_t __attribute__ ((__mode__ (__SI__)));
typedef unsigned int _G_uint16_t __attribute__ ((__mode__ (__HI__)));
typedef unsigned int _G_uint32_t __attribute__ ((__mode__ (__SI__)));
# 33 "/usr/include/libio.h" 2 3 4
# 53 "/usr/include/libio.h" 3 4
# 1 "/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/4.6/include/stdarg.h" 1 3 4
# 40 "/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/4.6/include/stdarg.h" 3 4
typedef __builtin_va_list __gnuc_va_list;
# 54 "/usr/include/libio.h" 2 3 4
# 172 "/usr/include/libio.h" 3 4
struct _IO_jump_t; struct _IO_FILE;
# 182 "/usr/include/libio.h" 3 4
typedef void _IO_lock_t;


/*......此处省略n行*/


extern void funlockfile (FILE *__stream) __attribute__ ((__nothrow__ , __leaf__));
# 940 "/usr/include/stdio.h" 3 4 ///此处以上都是<stdio.h>展开的内容

# 2 "hello.c" 2

//此处删除了宏定义#define HELLOWORLD

int main()
{
    printf("hello world!\n");//宏定义#define HELLOWORLD直接替换

    return 0;
}

为了更容易理解，修改hello.c

hello.c

//#include <stdio.h>

#define HELLOWORLD "hello world!\n"

int main()
{
    printf(HELLOWORLD);

    return 0;
}

预编译处理：执行命令：gcc -E hello.c -o hello.i
hello.i

//此处删除了注释//#include <stdio.h>
//以下是一些说明文字，不会执行
# 1 "hello.c"
# 1 "<built-in>"
# 1 "<命令行>"
# 1 "hello.c"




int main()
{
    printf("hello world!\n");//预处理器直接替换宏定义

    return 0;
}

编译处理：执行命令：gcc -S hello.c -o hello.s 或者 gcc -S hello.i -o hello.s
hello.s

    .file   "hello.c"
    .section    .rodata
.LC0:
    .string "hello world!"
    .text
    .globl  main
    .type   main, @function
main:
.LFB0:
    .cfi_startproc
    pushq   %rbp
    .cfi_def_cfa_offset 16
    .cfi_offset 6, -16
    movq    %rsp, %rbp
    .cfi_def_cfa_register 6
    movl    $.LC0, %edi
    call    puts
    movl    $0, %eax
    popq    %rbp
    .cfi_def_cfa 7, 8
    ret
    .cfi_endproc
.LFE0:
    .size   main, .-main
    .ident  "GCC: (Ubuntu/Linaro 4.6.3-1ubuntu5) 4.6.3"
    .section    .note.GNU-stack,"",@progbits

汇编处理：执行命令：gcc -c hello.s -o hello.o 或者 gcc -c hello.c -o hello.o
hello.o

//二进制代码，无法打开（都是1和0）。
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