编译&链接：代码到程序的内部实现过程

        当在Xcode中对一份源码按下command+R（Run）时，实际上做了以下四部操作：预处理（Prepressing）、编译（Compilation）、汇编（Assembly）、链接（Linking）。

预处理：预处理过程主要处理那些源代码文件中的以“#”开始的预编译指令。比如“#include”、“#define”、注释" //、/**/ ”等。

编译：编译过程就是把预处理完的文件进行一系列词法分析、语法分析、语义分析及优化后生产相应的汇编代码文件。

汇编：汇编是将汇编代码转变成机器可以执行的指令，每一个汇编语句几乎都对应一条机器指令。

链接：将目标文件链接起来形成可执行文件

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编译器

编译过程一般可以分为6步：扫描、语法分析、语义分析、源代码优化、代码生成和目标代码优化。整个过程如图1所示：

图1

       1、扫描：首先源代码程序被输入到扫描器（Scanner），扫描器的任务很简单，它只是简单地进行词法分析，运用一种类似于有限状态机（Finite State Machine）的算法可以很轻松地将源代码的字符序列分割成一系列的记号（Token）。

图2

比如图2这段代码通过扫描之后，就会被生成如图3这样的表：

图3

2、语法分析：接下来语法分析器（Grammar Parser）将对由扫描器产生的记号进行语法分析，从而产生语法树（Syntax Tree）。以图2中的代码为例会生成图4这样的语法树。

图4

3、语义分析：经过语义分析阶段以后，整个语法树的表达式都被标识了类型，如果有些类型需要做隐式转换，语义分析程序会在语法树中插入相应的转换节点。图4语法树将会成为图5所示语法树的形式。

图5

4、源代码优化：顾名思义就是对源码进行优化，优化后的语法树如图6所示。仔细观察，会发现（2 + 6）这个表达式已经被优化掉，因为这个值在编译期就可以确定。其实直接在语法树上作优化是比较困难的，所以源代码优化器往往将整个语法树转化成中间代码，它是语法树的顺序表示，其实它已经非常接近目标代码了。但是它一般跟目标机器和运行时环境是无关的，比如它不包含数据的尺寸、变量地址和寄存器的名字。中间代码使得编译器可以被分为前端和后段。编译器前端负责产生机器无关的中间代码，编译器后段负责将中间代码转化成目标机器代码。

图6

5、目标代码生成和优化：源代码级优化器产生中间代码标志着下面的过程都属于编辑器后端。编译器后端主要包括代码生成器（Code Generator）和目标代码优化器（Target Code Optimizer）。让我们先来看看代码生成器。代码生成器将中间代码转换成目标机器代码，这个过程十分依赖于目标机器，因为不同的机器有着不同的字长、寄存器、整数数据类型和浮点数数据类型等。最后目标代码优化器对上述的目标代码进行优化，比如选择合适的寻址方式、使用位移来代替乘法运算、删除多余的指令等。

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链接器

      链接过程主要包括了地址和空间分配（Address and Storage Allocation）、符号决议（Symbol Resolution）和重定位（Relocation）

链接过程如图6所示：

图6

举个例子：比如我们在程序模块main.c中使用另外一个模块func.c中的函数foo()。我们在main.c模块中每一处调用foo的时候都必须确切知道foo这个函数的地址，但是由于每个模块都是单独编译的，在编译器编译main.c的时候它并不知道foo函数的地址，所以它暂时把这些调用foo的指令的目标地址搁置，等待最后链接的时候由链接器去将这些指令的目标地址修正。如果没有链接器，须要我们手工把每个调用foo的指令进行修正，则填入正确的foo函数地址。当func.c模块被重新编译，foo函数的地址有可能改变时，那么我们在main.c中所有使用到foo的地址的指令将要全部重新调整。这些繁琐的工作将成为程序员的噩梦。使用链接器，你可以直接引用其他模块的函数和全局变量而无须知道它们的地址，因为链接器在链接的时候，会根据你所引用的符号 foo，自动去相应的func.c模块查找foo的地址，然后将main.c模块中所有引用到foo的指令重新修正，让它们的目标地址为真正的foo函数的地址。这就是静态链接的最基本的过程和作用。