【C语言】程序运行过程：预处理/编译/汇编/链接

哈喽啊，盆友们。一起来看看 C语言中编译预处理的内容吧！

1.程序运行的几个阶段

众所不周知，C语言的程序运行分为几个阶段。

咱们可以看看下面这个图，简单了解一二

细分开来，编译还分为3个小阶段：预编译（预处理）、编译、汇编

这三个阶段又分别做了什么事情呢？这就需要我们用linux下的gcc编译器来验证了

1.1预编译

现在我们编写了一个这样的代码

在运行窗口中输入以下指令，进行预编译操作，得到test.i文件

gcc -E test.c -o test.i

打开该文件，滑倒最底部，查看它与源代码的不同

可以发现以下几点：

• 头文件消失：实际上被展开了
• 注释被删除
• define定义的符号被替换

这就是预编译阶段做的3件事，实际上都是一些文本操作，并没有运行该代码

1.2编译

输入以下指令，生成test.s文件

gcc -S test.i -o test.s

打开该文件，发现我们好像看不太懂它里面写了些什么

实际上，mov、sub都是汇编语言，这一步就是把C语言代码转变成了汇编代码。 进行了以下几步操作：

1. 语法分析
2. 词法分析
3. 语义分析
4. 符号汇总

这一部分内容可以阅读《程序员的自我修养》这本书，记录一下

1.3汇编

gcc -c test.s -o test.o

这个指令会生成一个test.o目标文件

• Linux：目标文件后缀为.o
• Windows：目标文件后缀为.obj

.o目标文件和可执行成句的文件格式elf

readelf工具可以解析elf格式的文件

用文本编辑器打开这个文件，可以看到里面的东西都是乱码

实际上这个文件里面存放的是二进制内容。

汇编操作就是将汇编代码转换成二进制指令

其中有非常重要的一部：形成符号表

1.4符号表和链接

这个代码中其实包含了两个源文件：test.c、Add.c

里面出现了两个符号，main和Add

编译器会先对每个源文件创立一个符号表，为它们添加一个类似地址的参数。在链接阶段的时候，相同符号的地址参数会被设置为一样的

这里编译会查看Add函数的定义在哪里

如main函数中只是extern，并没有Add的具体实现，最后链接之时，Add符号的地址会被设置为Add.c中该符号的地址

这个操作又叫：符号表的合并和重定位

链接阶段还会执行另外一个操作：合并段表

gcc test.o add.o -o test
//生成可执行程序test

使用./TEST操作执行该文件，可以看到程序成功输出了Add后的答案

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2.运行环境

程序执行的过程中：

1. 程序先载入内存。在操作系统中，这个操作由系统完成；在独立环境中，程序的载入必须手动完成，也可以是通过可执行代码置入只读内存来完成
2. 程序执行开始。调用main函数
3. 开始执行代码。这时将使用一个运行时堆栈（stack），存储函数的局部变量和返回地址。程序同时使用静态内存，存储于静态内存中的变量在程序的整个执行过程中保留它们的值
4. 终止程序。正常终止main函数，也可能是意外终止

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结语

本篇博客中，我们认识了解了程序运行的几个阶段。这里面还有很多更深层次的问题待我去探究。

下篇博客：预处理详解

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