编译与链接(C/C++)

在C/C++中关于代码的运行需要经过.c文件到.exe文件,而其中走过这些步骤这需要对原始的.c文件进行编译链接 。对于编译与链接主要构成了翻译环境 ,经过翻译环境之后生成.exe文件,然后在通过运行环境输出对应的结果。本篇主要讲解编译与链接。

以上过程即就是一个.c源文件被运行需要经过的步骤。

1.翻译环境

翻译环境有编译链接 两个大的过程所组成,其中,编译可以分为:预处理(预编译)、编译、汇编 三个过程。通过编译过程将多个.c源文件转化为.obj目标文件(windows为.obj,Linux为.o),生成多个目标文件之后,由连接器将多个目标文件与链接库进行链接 ,然后就生成了可执行程序.exe

链接库:运行时库(支持程序运行的基本函数集合)或者第三方库。

对于以上过程中的编译还可细分为预处理(预编译)、编译、汇编。其中编译又可分为词法分析、语法分析和词义分析。

经过预处理过程之后会生成 .i 为后缀的文件;

经过编译过程之后的文件会生成后缀为 .s的文件;

经过汇编之后则生成 .obj 为后缀的目标文件。

1.1预处理(预编译)

在预处理阶段,源文件和头文件会被处理成为 .i 为后缀的文件。

在gcc环境下可以观察到对test.c文件预处理之后的 .i 文件,输入命令如下:

cpp 复制代码
gcc -E test.c -o test.i

输入以上命令则可以得出对应的 .i 文件,观察以上的文件,我们可以发现,在 .i 文件之中,由我们写的代码段已经被放在了1000多行,而#define定义的MAX在预处理文件中也直接被代换为了100,而在我们写的代码段以上1000多行的代码,则是<stdio.h>库中所包含的代码,而且#if与#endif也消失了。所以,在预处理过程中,主要进行了如下的过程:

1.将所有#define删除,并展开所有的宏定义(即将所有#define定义的变量代换为对应的值或者表达式)。

2.处理所有的条件编译指令,如:#if 、#ifdef、#elif、#else、#endif。

3.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。

4.删除掉所有的注释(将注释转化为空格)

5.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。

1.2编译

编译主要经过三个过程:词法分析、语法分析、语义分析,生成相应的汇编代码文件。

在gcc环境下,编译过程的命令如下:

cpp 复制代码
gcc -S test.i -o test.s

现在以以下代码进行编译时的步骤进行举例:

cpp 复制代码
array[index]=(index+4)*(2+6)
1.2.1 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、特殊字符等等)。

对以上代码进行词法分析得到16和记号:

|----|-------|-----|-------|-----|----|----|-------|----|----|----|----|----|----|----|----|----|
| 记号 | arrar | [ | index | ] | = | ( | index | + | 4 | ) | * | ( | 2 | + | 6 | ) |
| 类型 | 标识符 | 方括号 | 标识符 | 方括号 | 赋值 | 括号 | 标识符 | 加号 | 数字 | 括号 | 乘号 | 括号 | 数字 | 加号 | 数字 | 括号 |

经过词法分析之后,我们就开始语法分析了。

1.2.2 语法分析

对扫描产生的记号进行语法分析,从而产生语法树,语法树是以表达式为结点的二叉树。如下:

以上就是通过语法分析生成的语法树,接下来就是语义分析。

1.2.3 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,类型的转换等等,在这个阶段会报告出语法信息。

1.3汇编

汇编器将汇编代码转化为机器可执行的指令(即二进制代码串),每一个汇编语句几乎都对应一条机器指令。根据汇编指令和机器指令的对照表一一进行翻译,也不做指令优化。

汇编的命令如下:

cpp 复制代码
gcc -c test.s -o test.o

如上图所示的汇编指令,因为是二进制,所以用文本文件打开是乱码的形式。

1.4链接

链接就是将一堆文件链接在一起生成可执行程序.exe,其中,链接的主要过程包括:地址和空间分配,符号决议和重定位

链接解决的是一个项目中多文件、多模块之间相互调用的问题。如下的代码:

在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经过编译器生成test.o;add.c经过编译器生成add.o,我们在test.c中使用了add函数和g_val变量,因为在test.c中起始并不知道这个函数与变量的地址,所以暂时先搁置,等待最后链接的时候由连接器根据引用的符号Add在其他 模块查找到Add函数的地址,然后在将test.c中所引用到Add的指令重新进行修正,让test.c中Add的地址为真正的Add函数地址,对全局变量g_val同样,这样的地址修正过程被称为:重定位

2.运行环境

关于运行环境,本篇便简要概括:

1.程序必须载入内存之中。在有操作系统的环境中:一般这个由操作系统完成。而在独立的环境中,程序的载入必须手工控制,也可能是通过可执行代码置入只读内存来完成。

2.程序的执行一开始,就调用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,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。可能是正常终止main函数也有可能是意外终止。

相关推荐
zhangyao9403301 小时前
关于js导入Excel时,Excel的(年/月/日)日期是五位数字的问题。以及对Excel日期存在的错误的分析和处理。
开发语言·javascript·excel
骑驴看星星a1 小时前
【Three.js--manual script】4.光照
android·开发语言·javascript
2301_795167202 小时前
玩转Rust高级应用 如何避免对空指针做“解引用”操作,在C/C++ 里面就是未定义行为
c语言·c++·rust
星释2 小时前
Rust 练习册 :Leap与日期计算
开发语言·后端·rust
悟能不能悟4 小时前
java的java.sql.Date和java.util.Date的区别,应该怎么使用
java·开发语言
循环过三天4 小时前
3.4、Python-集合
开发语言·笔记·python·学习·算法
_院长大人_6 小时前
设计模式-工厂模式
java·开发语言·设计模式
MATLAB代码顾问6 小时前
MATLAB实现决策树数值预测
开发语言·决策树·matlab
不染尘.7 小时前
2025_11_7_刷题
开发语言·c++·vscode·算法
ben9518chen7 小时前
嵌入式Linux C语言程序设计九
linux·c语言