c语言 编译与链接

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引言：我们平常写代码是否思考过在我们按下运行时c程序会发生些什么过程呢？
事实上存在翻译和执行环境，这篇文章让博主来分享分享，请放心食用！

翻译环境和执行环境

在ANSIC的任何?种实现中，存在两个不同的环境
1.翻译环境 我们知道计算机看懂的是二进制这个环境就是用来将我们的源代码翻译成可执行的二进制指令
2.执行环境 该环境用于实际执行代码
具体如下图

接下来让博主对翻译环境进行详细讲解′?`

翻译环境

翻译环境是如何将源代码转换成二进制指令呢？其实翻译环境由编译和链接两大板块组成；而编译又细分为预处理(预编译)，编译，汇编三个阶段?(?? ? ??)?

一个项目由多个源文件构成，这些源文件经过编译阶段和编译器(cl.exe)处理生成对应的目标文件，接着对应的目标文件在链接阶段经过连接器(link.exe)生成对应的可执行程序xx.exe文件，这就是大致的翻译环境的流程。

1.windows系统目标文件的后缀为.obj,而linux下为.o
2.链接库：链接库指的是将库文件编译后打包为一个二进制文件，这些文件在调用的时候会加载到内存中。实际上一个或多个源文件转换为目标文件后，这个文件所引用的外部符号需要通过链接来找缺失的地址，这里我们做个小铺垫~ 我们可以将它理解为我们要借用的大哥的力量，比如标准库函数等。

接下来我们先来了解翻译环境所拆分的三个阶段（以linux环境gcc编译器为例）

注：对于.i和.s的中间文件他们是临时的用完会删除

1.1预编译

在预处理阶段，源?件和头?件会被处理成为.i为后缀的?件。
在 gcc 环境下想观察?下，对 test.c ?件预处理后的.i?件，命令如下：

gcc -E test.c -o test.i

预编译阶段主要是对预处理指令进行处理，#开头的都是预处理指令他们都是在这个阶段处理的比如#include #define，该阶段特点是替换，将预处理指令替换成它实际指向的内容！

让我们来了解下他的替换规则

1.头文件的包含：处理#include预编译指令，将包含的头?件的内容插?到该预编译指令的位置。这个过程是递归进?的，也就是说被包含的头?件也可能包含其他?件。
2.#define:它会将所有#define删除并展开它的定义。
3.注释：所有注释都会被替换成空格
4.处理所有的条件编译指令，如: #if、#ifdef、#elif、#else、#endif
5.或保留所有的#pragma的编译器指令，编译器后续会使?。

经过预处理后的.i?件中不再包含宏定义，因为宏已经被展开。并且包含的头?件都被插?到.i?件
中。所以当我们?法知道宏定义或者头?件是否包含正确的时候，可以查看预处理后的.i?件来确认

最后我们总结一下：预处理主要特点就是将预处理指令指向的实际内容进行替换?’?’?

1.2编译

在编译这个阶段主要进行的是符号汇总(先来个铺垫)和将预处理后的?件进??系列的：词法分析、语法分析、语义分析及优化，?成相应的汇编代码?件

编译过程的命令如下：

gcc -S test.i -o test.s

🏠 词法分析
词法分析完成的工作主要是识别记号，将源代码程序被输?扫描器，扫描器的任务就是简单的进?词法分析，把代码中的字符分割成?系列的记号（关键字、标识符、字?量、特殊字符等）

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

上面的代码经过扫描后得到如下16个记号：

🏠 语法分析
识别出记号后接下来语法分析器，将对扫描产?的记号进?语法分析，从?产?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?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。

联系我们之前的知识，我们有链接错误，运行错误，编译错误。编译错误大多是语法错误就是从这而来，由编译阶段来检查

经过3个阶段后所生成就是我们的汇编指令，生成.s后缀文件

总结：在编译阶段完成工作是将c语言源代码转换成汇编指令，通过词法分析，语法分析，语义分析更好地理解代码。

1.3汇编（ASM）

汇编器是将汇编代码转转变成机器可执?的指令，每?个汇编语句?乎都对应?条机器指令。就是根
据汇编指令和机器指令的对照表??的进?翻译，也不做指令优化。

总结：汇编阶段的工作是将汇编代码翻译成二进制指令，生成对应的目标文件

2.链接

链接是一个比较复杂的过程，链接的时候需要把?堆?件链接在?起才?成可执?程序。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?个项?中多?件、多模块之间互相调?的问题

你是否一脸雾水( ?° ?? ?°)，让博主来给你细细道来

🏠 符号汇总
你是否记得我们在讲编译时有讲到符号汇总这个工作？
所谓符号就是程序中的变量名、函数名，在编译阶段我们会把出现的符号给汇总到一起

🏠 形成符号表
什么是符号表？

符号表是一种供编译器用于保存有关源程序构造的各种信息的数据结构。通俗讲就是存放我们符号属性信息（比如它的存储位置，类型和其他相关信息等）符号表通常需要支持同一符号在一个程序的多重声明。

🏠 符号决议和重定位
我们先上图说话

这个过程就是符号决议了，概括起来就是只要每个目标文件所引用符号都能在其目标文件中找到唯一定义整个链接过程就是正确的

通过了符号决议后就是进行重定位了修改唯一正确的属性信息

执行环境

前面的翻译官帮我们翻译完后，计算机就能看懂一系统二进制指令了便可以开始执行程序了

1. 程序必须载?内存中。在有操作系统的环境中：?般这个由操作系统完成。在独?的环境中，程序
   的载?必须由??安排，也可能是通过可执?代码置?只读内存来完成。
2. 程序的执?便开始。接着便调?main函数
3. 开始执?程序代码。这个时候程序将使??个运?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?静态（static）内存，存储于静态内存中的变量在程序的整个执?过程
   ?直保留他们的值.
   4.终?程序。正常终?main函数；也有可能是意外终?。

最后给大家附上一张关于本节知识内容的图供大家更好理解~

本次知识分享官就体验结束啦〃?ω?〃，小伙伴们喜欢的话支持小庄给俺点个关注点个收藏来个评论，你们的支持是我更新的强大动力！！