编译和链接

发布时间：2024年01月20日

夙夜兴叹，惶恐不安

前言

一些学校里几乎没讲过编译和链接的知识，但这部分知识还是蛮重要的，而且他还算是比较抽象的的那种，所以说搞明白编译链接是很重要的，ok，那么今天的C语言，启动！

1. 翻译环境和运行环境

我们在IDE上敲出代码，然后运行，就会跑出我们想要的东西，这个过程分为两个部分，分别是在翻译环境下进行，和在运行环境进行。
翻译环境：在这个环境中源代码被转换为可执行的机器指令。（也就是二进制指令）
执行环境：它用于实际执行代码。
如上图所示，我们创建出了1个或多个源文件，他们在编译环境中经过编译和链接生成一份可执行程序，接着可执行程序在运行环境中产生输出效果。

2. 翻译环境

那翻译环境是怎么将源代码转换为可执行的机器指令的呢？这里我们就得展开讲解?下翻译环境所 做的事情。
其实翻译环境是由编译和链接两个过程组成的，编译又可以分解成：预处理（有些书也叫预编 译）、编译、汇编三个过程。
?个C语?的项?中可能有多个 .c ?件?起构建，那多个 .c ?件如何?成可执?程序呢？
😽 ? 多个.c?件单独经过编译?产各自所对应的目标?件。
😽 ? 在Windows环境下的目标?件的后缀是 .obj ，Linux环境下?标?件的后缀是 .o
😽 ? 多个?标?件和链接库?起在链接器的作用下通过链接?成最终的可执行程序。
😽 ? 链接库是指运行时库(它是值持程序运行的基本函数集合)或者第三方库。

👑2.1 预处理（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。
预处理阶段主要处理那些源?件中#开始的预编译指令。?如：#include,#define，规则如下：
?👺 ? 将所有的 #define 删除，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?件的内容插?到该预编译指令的位置。这个过程是递归进行的，被包含的头文件也可能包含其他?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?成调试信息等。
?👺 ? 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文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。我们想知道宏定义或者头?件是否包含正确的时候，可以查看预处理后的.i?件来确认。

👑2.2 编译

编译过程就是将预处理后的?件进??系列的：词法分析、语法分析、语义分析及优化，?成相应的 汇编代码文件。
假设我们有以下代码

👻2.2.1 词法分析：

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）。
上?程序进行词法分析后得到了16个记号：

👻2.2.2 语法分析

接下来语法分析器，将对扫描产?的记号进?语法分析，产?语法树。这些语法树是以表达式为 节点的树

👻2.2.3 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?分析。编译器所能做的分析是语义的静态分
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。
🪐 💫 在这个过程中会发生符号汇总，将之前找到的所有符号收集，

👑2.3 汇编

汇编器是将汇编代码转转变成机器可执行的指令，每?个汇编语句几乎都对应?条机器指令。就是根据汇编指令和机器指令的对照表??的进行翻译，也不做指令优化。
🪐 💫 这里会生成符号表，符号表包含上个步骤中的符号及其所对应的地址

👑2.4 链接

链接是?个复杂的过程，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步骤。
链接解决的是?个项?中多文件、多模块之间互相调用的问题
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?件。
这些文件所对应的符号表会汇聚为一个大的符号表，这时就发生以下情况。
我们在 test.c 的?件中使?了 add.c ?件中的 Add 函数和 g_val 变量。
我们在 test.c ?件中每?次使? Add 函数 的时候必须确切的知道 Add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 的地址，所以暂时把调? Add 的指令的目标地址 搁置。等待最后链接的时候由链接器根据引?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?法来修正地址。这个过程叫做重定位。

3. 运行环境

🪐 💫 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。在独立的环境中，程序的载入必须由手工安排，或通过可执行代码置入只读内存来完成（例如单片机）。
🪐 💫 2.? 开始执行程序代码。这个时候程序将使用?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?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；也有可能是意外终止（例如断电）。

总结：

今天我们分析了翻译环境和运行环境的过程，知道了翻译环境的四个小过程及其作用，对编译和链接有了一定的了解。ok，那么如果你觉得这篇博客对你有帮助就给个免费的赞支持一下吧。

文章来源:https://blog.csdn.net/2301_79551553/article/details/135708002
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