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(一)编译
编译可以分解成:预处理(预编译),编译,汇编三个过程。
(1)预处理(预编译)
在预处理(预编译)阶段,源文件和头文件会被处理成以( .i )为后缀的文件。
在Linux的gcc编译环境下,可以使用命令行将名称为 "test.c" 的文件进行预处理,是用到的命令如下:
gcc -E test.c -o test.i
预处理阶段主要处理源文件中 #开头的预编译指令。比如:#define ,#include ,#if ,#ifndef 等。
预处理阶段进行的处理规则主要如下:
- 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;
- 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)编译
编译是将预处理之后的文件进行一系列的操作:*++词法分析,语法分析,语义分析及其优化++,*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
即对预编译阶段生成的 test.i 编译 生成 test.s
假设存在这样一段代码,
cpp
arr[i] = (i+4)*(2+6);
如下演示一下汇编的整个过程:
i.词法分析
扫描器通过对源代码程序的扫描,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,字面值,特殊字符等)。
对上面的一段代码进行词法分析后会得到16个记号:
记号 | 类型 |
---|---|
arr | 标识符 |
[ | 左方括号 |
i | 标识符 |
} | 右方括号 |
= | 赋值 |
( | 左圆括号 |
i | 标识符 |
+ | 加号 |
4 | 数字 |
) | 右圆括号 |
* | 乘号 |
( | 左圆括号 |
2 | 数字 |
+ | 加号 |
6 | 数字 |
) | 右圆括号 |
ii.语法分析
接下来,语法分析器通过对扫描产生的记号进行语法分析,从而产生语法树。并且这些树是以表达式为节点的树。
iii.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。这个阶段会报告错误的语法信息。
(3)汇编
汇编器将汇编代码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进行一一翻译,并不做指令优化。
汇编的命令如下:
gcc -c test.s -o test.o
可以通过反汇编来查看对应的汇编代码。
(二)链接
链接是⼀个相对复杂的过程,链接的时候需要把许多文件链接在⼀起才生成可执行程序。不同操作系统的可执行程序的后缀不同:(windows-.obj )(Linux - .o)
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)
test.c
cpp
#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
cpp
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.c
add.c 经过编译器处理⽣成add.o
重定位
我们在 test.c 中使⽤了 add.c 中的 Add 函数和 g_val 变量。
我们在 test.c 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
~完
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