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编译和链接

news 2024/9/25 1:39:58

一，翻译环境和运行环境

在ANSI 的任何一种实现中，存在两个不同的环境。

VS2022 --- IDE （集成开发环境） --> 编辑器 + 编译器(cl.exe) + 链接器(link.exe) + 调试器

1. 翻译环境 ：将这个环境中的源代码 --> 可执行的机器指令（二进制指令）

2. 执行环境 ：它用于实际执行代码

二，翻译环境

翻译环境是由编译和链接两大过程组成的。编译又可以分解成： 预处理（预编译），编译，汇编。

多个 .c 文件（xx.c) 单独经过编译器，编译处理生成对应的目标文件 (xx.obj)
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（它是值称程序运行的进本函数集合）或者第三方库。

以gcc为例，拆解编译链接的过程

2.1 预处理（预编译）

在预处理阶段：源文件，头文件会被处理成 .i 为后缀的文件

在gcc环境下，可以观察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源文件中 #开始的预编译指令。比如 #include , #define ,规则如下

将所有 #define 删除 ，并展开所有宏定义
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，将包含的头文件内容插入到该预编译的位置。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
保留所有#pragma 的编译器指令 ，编译器后续会使用

预处理后：

1. .i 文件不再包含宏定义 --> 都展开了

2. 头文件被插入到 .i 文件中

3. 不知道宏定义或者头文件是否包含正确 --> 看 .i 文件

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。

在gcc 里的编译过程命令如下：

gcc -S test.i -o test.s

例如：用一下的代码进行编译

array [index] = (index + 4 ) * (2 + 6 )

2.2.1 词法分析

将源代码程序扫入扫描器 ----> 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，特殊字符等）

2.2.2 语法分析

语法分析器 --> 扫描后的记号进行语法分析 --> 语法树：一表达式为节点的树

2.2.3 语义分析

语义分析器 --> 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。静态分析通常包括声明和类型的匹配，类型的转换。这个阶段会报告错误的语法信息。

2.3 汇编

汇编器是将或编代码转变成机器可执行的指令 ，每一个汇编语句几乎对应一条机器指令。即使更具汇编指令和机器指令的对照表一一的进行翻译，不做指令优化。

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，才可生成可执行程序

链接过程包括：地址和空间分配（主要是对全局变量和函数来说），符号决议和重定位等的这些步骤。

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 。

比方说 C 项目中有两个 .c 文件 -- Add.c / test .c

//test.c
#include <stdio.h>
extern int Add(int x, int y);
extern int g_val;
int main()
{int a = 2;int b = 3;int c = Add(a, b);printf("%d\n", c);printf("g_val = %d\n", g_val);return 0;
}

//Add.c
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
int g_val = 2022;int Add(int x, int y)
{return x + y;
}

源文件单独经过编译器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.c

1. test.c 用了Add.c 文件中的Add 函数与 g_val 变量

2. 在test .c 中每次用Add函数与 g_val 变量的时候 必须得确切知道地址 ，每个文件单独编译，所以test .c 编译时 --> 不知道它两地址，所以把它两地址搁置

3.最后链接时候，链接器根据引用的符号，在其他模块中找地址，然后把 地址搁置处的地址重新修正 --> 这个过程也叫：重定位