C/C++编译原理及过程整理

面试被问到C编译原理，所以回来整理一下。

编译主要分为四个大步骤：预编译、编译（.s、.asm）、汇编(.obj、.o、.a、.ko)、链接（.exe、.elf、.axf等），在C/C++中统称为编译。
前面文章 https://blog.csdn.net/a063225/article/details/90181715 介绍过集成开发环境、编译器，这里再说明一下，集成开发环境是用于提供程序开发环境的应用程序，一般包括代码编辑器、编译器，调试器和图形用户界面工具。集成了代码编写功能、分析功能、编译功能、调试功能等一体化的开发软件服务套。

 编辑器：编写代码的一些窗口。

 编译器：检查用户代码的一些语法错误，将其编译成汇编代码。

 汇编器：将编译出来的汇编文件编译成一定功能的目标代码。

连接器：将目标代码连接成可执行文件。

（一）预编译

使用的gcc命令是：gcc –E
对应于预处理命令cpp
a. 宏定义指令：将所有的#define删除，并且展开所有的宏定义。
b. 条件编译指令：处理所有的条件预编译指令，比如#if #ifdef #elif #else #endif等。
c. 头文件包含指令：处理#include 预编译指令，将被包含的文件插入到该预编译指令的位置。
d. 特殊符号指令：预编译器可研识别一些特殊的符号，例如：删除所有注释 “//”和”/* */”。
e.为Debug及日志添加行号和文件标识，以便编译时产生调试用的行号及编译错误警告行号。
f. 保留所有的#pragma编译器指令，因为编译器需要使用它们。

（二）编译

使用的gcc命令是：gcc –S
对应于编译命令 cc –S
a.词法分析
使用扫描器将源码分隔为一系列的记号（Token），即源码中的不可分隔项，较为容易理解，比如下面的：
int index = (2 + 8) * c 会被折分为 ：int index = ( 2 + 8 ) * c 10个token，左右半括号各为一个
b.语法分析
将a中分出来的Token，映射为语法树。
c.语义分析
静态语义（在编译器可以确定的语义）、动态语义（只能在运行期才能确定的语义）。
在b中语法树的基础上，分析是否有错误语义，编译器所能分析的语义为静态语义，包括：声明是否正确、类型是否匹配、类型的转换是否符合要求。
d.源代码优化
经过前面三个过程后，将源代码转换为中间代码，（中间代码是与目标机器和运行环境无关的），可以理解为将c中通过的语法树通过一定的规则拍平，变为类假于目标代码的结构，为什么要引入中间语言呢，目标语言很多时候是硬件相关的，而中间语言与硬件无关。
e.生成目标代码并进行相应优化
目标代码的文件组织格式为.o文件，其内部的格式与具体设备有很大关系，比如在Android中，对arm7和x86CPU要编译出不同的so文件，此处同理，不同的硬件环境生成不同的目标代码。目标代码的优化也是针对不同情况有不同处理，在此不再展开，感兴趣的同学可以参考编译原理相关书籍。

（三）汇编

使用的gcc 命令是：gcc –c
对应于汇编命令是 as
汇编的目的是把汇编语言转为机器语言，基本是一条转一条，没啥特殊的，每一个汇编语句几乎都对应一条机器指令。根据汇编指令和机器指令的对照表一一翻译即可。

（四）链接

使用的gcc 命令是： gcc
对应于链接命令是 ld
链接是要解决目标文件之间的互相依赖关系，当a文件中的aa方法中调用了b文件的bb方法时，在汇编完成后，a文件的bb方法并没有准确的内存地址，链接后会转换为虚拟地址，虚拟地址可以依据一定的规则转换为实际地址，即可以运行时找到该方法。链接过程包括：地址和空间分配、符号决议和重定位。
函数库分静态链接库（又称静态库*.lib）和链接动态库（又称动态库*.dll）。
静态库的链接在编译时会被编译进汇编文件，这样的操作会改变文件大小；而动态库则是在执行时（双击运行），当需要动态库中的文件时才被链接到可执行文件的。

主要参考以下博文
https://blog.csdn.net/HSUPERA/article/details/51895230
https://blog.csdn.net/kcstrong/article/details/81216411