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【C/C++】程序的构建（编译）过程概述

news 2024/11/15 22:57:12

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一、前言

二、预处理（Preprocessing）

三、编译（Compilation）

四、汇编（Assembly）

五、链接（Linking）

总结

各阶段输出总结

流程总结

共勉

一、前言

每个语言和环境都有其特定的构建和执行流程，但大多数都会涉及某种形式的处理，将源代码转换成机器可以直接理解的形式。在编译和构建一个 C/C++ 程序的过程中，通常会经过 预处理、编译、汇编和链接这四个阶段，这个过程被称为构建流程或者编译流程。每个阶段都负责将代码从一个形式转换为下一个形式，最终生成可执行文件。下面我会以一个简单的C/C++程序详细讲解每个阶段的具体过程。

注意：编译器的工作其实非常复杂，远远不是博主我这轻描淡写的两句话就能描述清楚的！想要深入了解，还需不断钻研！！！

二、预处理（Preprocessing）

预处理阶段是编译过程的第一个步骤，主要负责对代码进行宏替换、头文件展开、条件编译等操作。这一阶段的任务是将代码进行格式化和标准化，方便后续的编译步骤。

头文件展开：#include 指令引入的头文件会被展开，将头文件中的内容插入到文件中。
宏替换：预处理阶段会替换所有的宏定义，例如 #define MAX 100，在代码中使用 MAX 的地方都会被替换为 100。
条件编译：根据 #ifdef、#ifndef 等预处理指令，编译器会有选择地包含或忽略某些代码。
删除注释：所有的代码注释（// 和 /* ... */）会在预处理阶段被移除，代码中只会保留实际的指令。

输出：经过预处理的源文件会生成一个新的文件，通常扩展名为 .i，这就是纯净的、展开后的源代码文件。

例如：

#include <stdio.h>
#define PI 3.14
int main() {printf("%f\n", PI);//打印PI的值
}

预处理后：

int main() {printf("%f\n", 3.14);
}

三、编译（Compilation）

编译器会将预处理后的源代码（.i 文件）转化为汇编代码。这一阶段会对代码的语法进行检查，确保没有语法错误，并且会生成与硬件无关的汇编语言代码。

语法分析：编译器会检查代码的语法，确保代码符合 C/C++ 语言规范。如果语法有问题，编译器会抛出错误。
语义分析：编译器会检查变量类型、函数调用等，确保它们的使用是正确的。
生成汇编代码：编译器会将源代码转换成一种与 CPU 架构无关的汇编代码。这个文件通常以 .s 作为后缀。

输出：经过编译后的文件通常以 .s 为后缀，它包含的是汇编代码。

例子（生成的汇编代码部分，大致是这样，会有部分不准确）：

movl $0, %eax
call printf

四、汇编（Assembly）

在汇编阶段，汇编器会将汇编代码（.s 文件）转换成机器代码（即二进制指令）。这些二进制指令可以直接被计算机的处理器执行。

汇编器会将汇编语言翻译成机器指令，这些指令以二进制格式存储在目标文件（.o 或 .obj）中。
目标文件是不可执行的，它只是包含了机器代码和一些符号信息（如变量、函数名等），供下一步的链接使用。

输出：这个阶段的输出是一个目标文件，通常以 .o 或 .obj 作为后缀，里面包含了二进制机器代码。

五、链接（Linking）

链接是编译过程的最后一步，负责将一个或多个目标文件（.o 文件）合并，生成一个可执行文件。这个阶段包括以下几项工作：

符号解析：链接器会解析每个目标文件中的符号（如函数和变量），并将它们正确地关联在一起。比如，如果一个目标文件调用了一个在另一个目标文件中定义的函数，链接器会负责将它们连接起来。
库链接：链接器会将程序需要的库文件（如标准库 libc）与目标文件链接在一起，确保程序能调用库函数。
地址分配：链接器会为每个符号（函数、变量）分配内存地址，使得程序在执行时可以正确访问它们。

输出：链接后的最终产物是一个可执行文件，通常命名为 a.out（在 Linux/Unix 系统中）或 .exe 文件（在 Windows 系统中）。

例子：链接后，生成的可执行文件可以直接运行，执行程序逻辑。