C语言:编译与链接

翻译环境和运行环境

在ANSI C的任何一种实现下,存在两种不同的环境:翻译环境和运行环境。

翻译环境:在该环境下,源代码被转换为可执行的机器指令(二进制指令)。

运行环境:代码实际执行的环境。

翻译环境

翻译环境实际上就包含两个过程:编译和链接。源代码文件通过编译器产生目标文件(.obj后缀),目标文件和链接库再通过链接器生成可执行程序(windows环境中为.exe后缀)。

编译

编译又可以分为三个过程:预处理(预编译)、编译和汇编。

预处理(预编译)

预处理也叫预编译,在gcc环境下,源文件经过预处理后会生成.i为后缀的文件。

预处理阶段主要处理那些预编译指令:包括头文件的包含、#define宏定义的文本替换,注释行的删除,条件编译的处理等。有很多,这里简单说几个。

在预处理阶段,我们声明的头文件(比如说<stdio.h>)中的内容会被展开成代码。

也就是说虽然我们实际写的代码只有十几行,但在.i文件中可能会展开成几百行或者上千行。

在预处理阶段我们用#define宏定义的符号会被替换掉,比如下列代码:

在预处理阶段就会被替换成这样:

替换完后该宏MAX就会被移除。

编译

编译阶段会把预处理产生的.i文件进行词法分析、语法分析、语义分析及优化,生成对应的汇编代码。

词法分析

比如说a=3+2;在词法分析阶段会被划分成一系列记号。

语法分析

在语法分析阶段,会生成对应的语法树:

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。这个阶段会报出错误的语法信息。

汇编

在汇编阶段会把编译产生的汇编代码转换为可执行的二进制指令,产生目标文件。

链接

链接是一个复杂的过程,是把所有文件链接在一起生成可执行程序。

链接包括地址和分配内存,符号决议的和重定位等步骤。

链接解决的是一个项目中多个文件、多个模块之间互相调用的问题。

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。
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