编译和链接

翻译环境和运行环境

在 ANSI C 的任何一种实现中，存在两个不同的环境。
   第1种是翻译环境，在这个环境中源代码被转换为可实行的机器指令。
  第2种是实行环境，它用于实际实行代码。
  

翻译环境

翻译环境是由编译和链接两个大的过程构成。

   

• 多个.c文件单独经过编译出编译处置惩罚生产对应的目标文件。（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置惩罚生成终极的可实行程序。
  
• 链接库是指运行时库(它是支持程序运行的基本函数集合)或者第三方库举行编译、打包操纵后得到的二进制文件。比如库函数就是存放在链接库里的，当程序里要使用如：scanf等库函数时，假如包含对应的头文件，在链接时就会把他们所依靠的链接库链接进来。
  

  编译又可以分解为：预处置惩罚（预编译），编译，汇编三个过程。

预处置惩罚（预编译）

在预处置惩罚阶段，源文件和头文件会被处置惩罚成.i为后缀的文件。
在gcc环境下，观察对test.c文件预处置惩罚后的.i文件的命令：

1. gcc -E test.c -o test.i

复制代码

预处置惩罚阶段主要处置惩罚那些源文件中#开始的预编译指令。
   

• 将全部的#define删除，并展开全部的宏定义。
  
• 处置惩罚全部的条件编译指令，如：#if、#ifdef、#elif、#else、#endif。
  
• 处置惩罚#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。这个过程是递归举行的，也就是说被包含的头文件也可能包含其他文件。
  
• 删除全部的解释
  
• 添加行号和文件名标识，方便后续编译器生成调试信息等。
  
• 保存全部的#pragma的编译器指令，编译器后续会使用。
  

  经过预处置惩罚后的.i文件中不再包含宏定义，由于宏已经被展开。并且包含的头文件都被插入到.i文件 中。以是当我们无法知道宏定义或者头文件是否包含精确的时候，可以查看预处置惩罚后的.i文件来确认。
编译

编译过程就是将预处置惩罚后的文件举行一系列的：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。
编译过程的命令如下：

1. gcc -S test.i -o test.s

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以一下代码为例：

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

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词法分析

将源代码程序输入扫描器，扫描器的任务就是简单的举行词法分析，把代码中的字符分割成一系列的暗号（关键字、标识符、字面量、特别字符等）。
暗号范例array标识符[左方括号index标识符]右方括号=赋值(左圆括号index标识符+加号4数字)有圆括号*乘号(左圆括号2数字+加号6数字)右圆括号 语法分析

接下来语法分析器，将对扫描产生的暗号举行语法分析，从而产生语法树。这些语法树是以表达式为节点的树。

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。
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范例的匹配，范例的转换等。
这个阶段会陈诉错误的语法信息。

汇编

由汇编器将汇编代码转转变成机器可实行的指令（二进制的指令），每一个汇编语句险些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一一的举行翻译，也不做指令优化。
汇编的命令如下：

1. gcc -c test.s  -o test.o

复制代码

链接

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。 链接是一个复杂的过程，链接的时候必要把一堆文件链接在一起生成可实行程序。
链接前，每一个.c文件编译成目标文件时，都会生成一个属于本身的符号表（存放**全局变量以及函数**及其地址），这个符号表是放在目标文件中的。在链接阶段会发生符号表的归并。
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调。
test.c

1. #include <stdio.h>
3. //声明外部函数
4. extern int Add(int x, int y);
6. //声明外部的全局变量
7. extern int g_val;
9. int main()
10. {
11.         int a = 10;
12.         int b = 20;
13.         int sum = Add(a, b);
14.         printf("%d\n", sum);
15.         return 0
16. }

复制代码

add.c

1. int g_val = 2022;
2. int Add(int x, int y)
3. {
4.         return x + y;
5. }

复制代码

我们已经知道，每个源文件都是单独经过编译器处置惩罚生成对应的目标文件。
test.c经过编译器处置惩罚生成test.o 。
add.c经过编译器处置惩罚生成add.o。
我们在test.c的文件中使用了add.c文件中的Add函数和g_val变量。
我们在test.c文件中每一次使用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，以是暂时把调用Add的指令的目标地址和g_val的地址搁置。等待末了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中全部引用到Add函数的的指令重新修正，让他们的目标地址为真正的Add，对于全局变量 g_val也是雷同的方法来修正地址。这个地址修正的过程也被叫做：重定位。
运行环境

   

• 程序必须载入内存中。
  

  

• 在有操纵体系的环境中：一样平常这个由操纵体系完成。
  
• 在独立的环境中（比如嵌入式体系），程序的载入必须由手工安排，也可能是通过可实行代码置入只读内存来完成。
  

  

• 程序的实行开始。接着调用main函数。
  
• 开始实行程序代码。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实行过程不停保存他们的值。
  
• 停止程序。
  

  

• 正常停止main函数。
  
• 也有可能是意外停止。
  

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