编译和链接(以Windows,VS环境下C语言为例一.什么是翻译环境和运行环境二.翻译环境2.1预处理(预编译)2.2编译2.2.1词法分析2.2.2语法分析2.2.3语义分析2.3汇编2.4链接三.运行环境提前说明一下虽然说我们是以Windows操作系统为例但是我们在细看编译的三步我们还是需要借助到Linux操作系统去学习一.什么是翻译环境和运行环境在ANSI C的任何一种实现中存在两个不同的环境第一种就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(二进制指令)第二种就是执行环境它用于实际执行代码紧接着下来分别细讲两种环境二.翻译环境其实在翻译环境里面分为了编译和链接两个过程而编译这个大的过程又可分为三个过程预处理编译和汇编先提前简单解释一下什么是编译和链接编译就相当于把我们平时写的.c文件通过编译器(cl.exe)编译成了.obj文件(每一个.c文件都会生成相对应的.obj)而.obj文件也可叫做目标文件紧接着链接过程就是把不同的.obj文件用链接器(link.exe)进行链接起来最后打包成一个可执行程序.exe我们需要注意的几点多个.c文件单独经过编译器编译处理生成对应的目标文件在Windows环境下的目标文件是.obj在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(它是支持程序运行的基本函数集合)或者第三方库再以Linux下gcc编译器为例把编译再细分为三个阶段2.1预处理(预编译)在预处理阶段我们的源文件和头文件都会被处理成.i为后缀的文件我们在Linux环境下以gcc编译器为例去观察一下我们对test.c文件预处理后的.i文件代码的命令如下gcc-E test.c-o test.i//..c 后缀的源文件经过预处理后会生成 .i 后缀的预处理文件。我们在预处理阶段主要就是处理那些源文件中#开始的预处理命令 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条件的编译指令如#if#ifdef#elif#else#endif处理#include预编译指令将包括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定义已经被展开并且包含的头文件都被插入到.i文件中所以我们在不确定宏定义和头文件包含正确使用的时候可以查看预处理后的.i文件来确认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生成相应的汇编代码文件编译过程的命令如下,就是把我们预处理后的.i文件通过编译生成.s文件(汇编代码)gcc-S test.i-o test.s接下来我们就对下面的这个代码进行编译看看在编译阶段的时候我们的词法语法分析和语义分析及优化是怎么做的array[index](index4)*(26);2.2.1词法分析所谓的词法分析是什么意思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语法分析将源代码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)上面的程序进行语法分析后得到了16种记号如下所示记号类型array标识符[左方括号index标识符]边方括号赋值(左圆括号index标识符加号4数字右圆括号*乘号右圆括号2数字加号6数字右圆括号2.2.2语法分析接下来的语法分析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数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就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换为机器可执行的二进制命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汇编的命令如下gcc-c test.s-o test.o2.4链接链接是一个复杂的过程链接的过程需要把一堆文件链接成一起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下面举个例子在⼀个C的项目中有2个.c文件 test.c 和add.c 代码如下我们已经知道每个源文件都是单独经过编译器处理生成对应的目标文件test.c 经过编译器处理生成test.oadd.c 经过编译器处理生成add.o我们在 test.c 的文件中使用了 add.c 文件中的 Add 函数和 g_val 变量我们在 test.c 文件中每⼀次使用Add 函数和 g_val 的时候必须确切的知道 Add 和 g_val 的地址但是由于每个文件是单独编译的在编译器编译 test.c 的时候并不知道 Add 函数和 g_val变量的地址所以暂时把调用 Add 的指令的目标地址和 g_val 的地址搁置。等待最后链接的时由链接器根据引用的符号 Add 在其他模块中查找 Add 函数的地址然后将 test.c 中所有引用到Add 的指令重新修正让他们的目标地址为真正的 Add 函数的地址对于全局变量 g_val 也是类似的方法来修正地址。这个地址修正的过程也被叫做重定位三.运行环境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程序的执行便开始接着便调用main函数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终止程序。正常终止main函数也有可能是意外终止