C语言第三十八弹---编译和链接

2024-04-02 13:36

本文主要是介绍C语言第三十八弹---编译和链接,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

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编译和链接

1、翻译环境和运行环境

2、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

3、运行环境

总结


1、翻译环境和运行环境

编译链接主流程如下图:


在ANSIC的任何⼀种实现中,存在两个不同的环境。

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(⼆进制指令)
第2种是执行环境,它用于实际执行代码。

2、翻译环境


那翻译环境是怎么将源代码转换为可执行的机器指令的呢?这里我们就得展开开讲解⼀下翻译环境所做的事情。


其实翻译环境是由编译链接两个大的过程组成的,而编译又可以分解成:预处理(有些书也叫预编译)、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,那多个 .c 文件如何生成可执行程序呢?

• 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。
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(它是支持程序运行的基本函数集合)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、预处理(预编译)


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
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。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。
 

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:
 

gcc -S test.i -o test.s

对下面代码进行编译的时候,会怎么做呢?假设有下面的代码
 

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)。
上面程序进行词法分析后得到了16个记号:

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


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.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、多模块之间互相调用的问题。
比如:
在⼀个C的项目中有2个.c 文件( test.c 和 add.c ),代码如下:


test.c
 

#include <stdio.h>
//test.c
//声明外部函数
extern int Add(int x, int y);
//声明外部的全局变量
extern int g_val;
int main(){
int a = 10;
int b = 20;
int sum = Add(a, b);
printf("%d\n", sum);
return 0;
}

add.c
 

int g_val = 2022;
int Add(int x, int y)
{
return x+y;
}

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.o
add.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。等待最后链接的时候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


前面我们非常简洁的讲解了⼀个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,其实很多内部的细节无法展开讲解。比如:目标文件的格式elf,链接底层实现中的空间与地址分配,符号解析和重定位等,如果uu有兴趣,可以看《程序的自我修养》⼀书来详细了解。


3、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。

总结


本篇博客就结束啦,谢谢大家的观看,如果公主少年们有好的建议可以留言喔,谢谢大家啦!

这篇关于C语言第三十八弹---编译和链接的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



http://www.chinasem.cn/article/870125

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