程序编译的几个阶段

程序编译的过程中就是将用户的文本形式的源代码(c/c++)转化成计算机可以直接执行的机器代码的过程。主要经过这么几个过程：

1、编译，由编译器将c源代码（.cpp）转变成汇编代码（.s）

2、汇编，由汇编器将汇编代码（.s）转变成目标代码（.o）

3、链接，由链接器将代码在执行过程用到的其他目标代码和库文件链接成为一个可执行程序也就是目标程序。

 

详细过程：

1、编译

编译的过程就是将源代码文件以字符流的形式进行处理，进行词法和语法的分析，然后通过汇编器将源代码指令转变成汇编指令，编译的过程包括两个大部分：预处理

而编译预处理主要对文件中的四种情况处理：宏定义、#include文件包含、条件编译、特殊符号

特殊符号是指：例如在源程序中出现的LINE标识将被解释为当前行号（十进制数），FILE则被解释为当前被编译的C源程序的名称。预编译程序对于在源程序中出现的这些串将用合适的值进行替换。

总的来说，预编译程序所完成的基本上是对源程序的“替代”工作。经过此种替代，生成一个没有宏定义、没有条件编译指令、没有特殊符号的输出文件。这个文件的含义同没有经过预处理的源文件是相同的，但内容有所不同。（经过预处理的输出文件中只有变量和c语言的关键字）

 

编译、优化

这一步将上一部的输出文件进行编译和优化。

编译程序所要作得工作就是通过词法分析和语法分析，在确认所有的指令都符合语法规则之后，将其翻译成等价的中间代码表示或汇编代码。

优化处理是编译系统中一项比较艰深的技术。它涉及到的问题不仅同编译技术本身有关，而且同机器的硬件环境也有很大的关系。优化一部分是对中间代码的优化。这种优化不依赖于具体的计算机。另一种优化则主要针对目标代码的生成而进行的。

对于前一种优化，主要的工作是删除公共表达式、循环优化（代码外提、强度削弱、变换循环控制条件、已知量的合并等）、复写传播，以及无用赋值的删除，等等。

后一种类型的优化同机器的硬件结构密切相关，最主要的是考虑是如何充分利用机器的各个硬件寄存器存放有关变量的值，以减少对于内存的访问次数。另外，如何根据机器硬件执行指令的特点（如流水线、RISC、CISC、VLIW等）而对指令进行一些调整使目标代码比较短，执行的效率比较高，也是一个重要的研究课题。

经过优化得到的汇编代码必须经过汇编程序的汇编转换成相应的机器指令，方可能被机器执行。

2、汇编

汇编过程实际上指把汇编语言代码翻译成目标机器指令的过程。对于被翻译系统处理的每一个C语言源程序，都将最终经过这一处理而得到相应的目标文件。目标文件中所存放的也就是与源程序等效的目标的机器语言代码。

目标文件由段组成。通常一个目标文件中至少有两个段：

1) 代码段：该段中所包含的主要是程序的指令。该段一般是可读和可执行的，但一般却不可写。

2) 数据段：主要存放程序中要用到的各种全局变量或静态的数据。一般数据段都是可读，可写，可执行的。

UNIX环境下主要有三种类型的目标文件：

1) 可重定位文件

其中包含有适合于其它目标文件链接来创建一个可执行的或者共享的目标文件的代码和数据。

2) 共享的目标文件

这种文件存放了适合于在两种上下文里链接的代码和数据。

第一种是链接程序可把它与其它可重定位文件及共享的目标文件一起处理来创建另一个目标文件；

第二种是动态链接程序将它与另一个可执行文件及其它的共享目标文件结合到一起，创建一个进程映象。

3) 可执行文件

它包含了一个可以被操作系统创建一个进程来执行之的文件。

汇编程序生成的实际上是第一种类型的目标文件。对于后两种还需要其他的一些处理方能得到，这个就是链接程序的工作了。

 

3、链接

由汇编程序生成的目标文件并不能立即就被执行，其中可能还有许多没有解决的问题。

例如，某个源文件中的函数可能引用了另一个源文件中定义的某个符号（如变量或者函数调用等）；在程序中可能调用了某个库文件中的函数，等等。所有的这些问题，都需要经链接程序的处理方能得以解决。

链接程序的主要工作就是将有关的目标文件彼此相连接，也即将在一个文件中引用的符号同该符号在另外一个文件中的定义连接起来，使得所有的这些目标文件成为一个能够被操作系统装入执行的统一整体。

根据开发人员指定的同库函数的链接方式的不同，链接处理可分为两种：

静态链接

在这种链接方式下，函数的代码将从其所在的静态链接库中被拷贝到最终的可执行程序中。这样该程序在被执行时这些代码将被装入到该进程的虚拟地址空间中。静态链接库实际上是一个目标文件的集合，其中的每个文件含有库中的一个或者一组相关函数的代码。

动态链接

在此种方式下，函数的代码被放到称作是动态链接库或共享对象的某个目标文件中。链接程序此时所作的只是在最终的可执行程序中记录下共享对象的名字以及其它少量的登记信息。在此可执行文件被执行时，动态链接库的全部内容将被映射到运行时相应进程的虚地址空间。动态链接程序将根据可执行程序中记录的信息找到相应的函数代码。

对于可执行文件中的函数调用，可分别采用动态链接或静态链接的方法。使用动态链接能够使最终的可执行文件比较短小，并且当共享对象被多个进程使用时能节约一些内存，因为在内存中只需要保存一份此共享对象的代码。但并不是使用动态链接就一定比使用静态链接要优越。在某些情况下动态链接可能带来一些性能上损害。

 

GCC编译器的几个组成部分

预处理(cpp)、编译器(ccl)、汇编器(as)、链接器(ld)

 

补充：

1) 预编译

将.c 文件转化成.i文件 使用的gcc命令是：gcc–E  对应于预处理命令cpp

2) 编译

将.c/.h文件转换成.s文件 使用的gcc命令是：gcc–S 对应于编译命令 cc –S

3) 汇编

将.s 文件转化成.o文件 使用的gcc 命令是：gcc–c 对应于汇编命令是 as

4) 链接

将.o文件转化成可执行程序 使用的gcc命令是： gcc  对应于链接命令是 ld

总结起来编译过程就上面的四个过程：预编译处理(.c) －－>编译、优化程序（.s、.asm）－－>汇编程序(.obj、.o、.a、.ko)－－> 链接程序（.exe、.elf、.axf等）。

补充2：

解释型

解释则不同，解释型语言编写的程序不需要编译。解释型语言在运行的时候才翻译，比如VB语言，在执行的时候，专门有一个解释器能够将VB语言翻译成机器语言，每个语句都是执行的时候才翻译。这样解释型语言每执行一次就要翻译一次，效率比较低。