二、编译和链接

1. 编译的四个步骤

预处理（Propressing）
编译（Compilation）
汇编（Assembly）
链接（Linking）

1.1 预处理（Propressing）

预处理过程主要是处理源代码中以“#”开始的预编译指令，生成.i文件，主要处理规则如下：

• 删除所有“#define”，展开所有的宏定义。
• 处理所有条件预编译指令，比如“#ifdef”。
• 处理“#include”预编译指令，将被包含的文件插入到指令所在的位置。
• 删除注释。
• 添加行号和文件名标识，用于产生调试信息。

1.2 编译（Compilation）

编译过程是把预处理之后的文件经过词法分析、语法分析、语义分析、中间代码生成、目标代码生成与优化这些步骤，生成相应的汇编代码.s文件。

1.2.1 词法分析

预处理之后的源代码被输入到扫描器（Scanner），运用算法将代码的字符序列分割成一系列的Token，并对Token分类：关键字、标识符、字面量（数字、字符串等）和特殊符号（运算符等）。

1.2.2 语法分析

对词法分析得到的Token进行语法分析，生成语法树（如下）。语法树是以表达式（Expression）为结点的树。符号和数字是最小的表达式，作为叶节点。语法分析的同时，运算符的优先级和含义也被确定。如果表达式不合法，编译器会报语法错误。

array[index] = (index + 4) * (2 + 6) 的语法树

1.2.3 语义分析

语法分析只完成了表达式语法层面的分析，并不了解表达式是否真正有意义，比如指针乘法在语法上是合法的。编译器所能分析的是静态语义，包括类型匹配和转换。
语义分析之后，语法树的表达式会被标识类型，如果有类型隐式转换，会插入相应的转换节点。

1.2.4 中间代码生成

现代编译器往往在源代码级别会有一个优化，比如上面的2+6，会被优化成8。直接在语法树上做优化比较困难，因此往往会把语法树转换成中间代码（Intermediate Code），它是语法树的顺序表示。
中间代码很接近目标代码，但是跟平台无关，比如不包含数据的尺寸、变量地址和寄存器名字等等。中间代码的表示形式常见的有三地址码（Three_address Code），里面对三个变量地址操作。

1.3 汇编（Assembly）

将汇编代码转换成机器指令，由于每一条汇编语句几乎都对应一条机器指令，只需根据对照表一一翻译就可以了。
主要包括代码生成器（Code Generator）和目标代码优化器（Target Code Optimizer）。代码生成器将中间代码转换成目标机器代码，优化器对目标代码进行优化，比如选择合适的寻址方式、删除多余的指令等等。

1.4 链接（Linking）

目标代码中有变量定义在其他模块怎么办？这是编译无法解决的，需要在链接的时候才能确定。所以现代编译器是将源代码文件变成从未连接的目标文件，有链接器最终将目标文件链接成可执行文件。
从原理上来讲，链接就是修正外部变量的地址。（静态链接）