c语言：编译和链接

翻译环境和运行环境

在ANSIC的任何⼀种实现中，存在两个不同的环境。

第1种是翻译环境，在这个环境中源代码被转换为可执行的机器指令。

第2种是执行环境，它用于实际执行代码。

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编译过程

1. 预处理（Preprocessing）

   • 文件包含（File Inclusion）：

     • 使用#include指令将其他文件的内容包含到当前文件中。
     • 包含的文件可以是系统头文件（如stdio.h）或自定义头文件。
     • 预处理器会将被包含文件的内容插入到#include指令所在的位置。

   • 宏展开（Macro Expansion）：

     • 宏是一种用于替换文本的代码片段，可以通过#define指令定义。
     • 预处理器会将源代码中出现的宏名称替换为宏定义中的内容。
     • 宏展开可以简化代码、提高代码的可读性和维护性。

   • 条件编译（Conditional Compilation）：

     • 使用条件编译指令（如#ifdef、#ifndef、#if、#elif、#else和#endif）根据条件选择性地编译代码。
     • 条件编译可以根据宏的定义情况决定是否编译某些代码块。
     • 这可以用于实现跨平台编译、调试代码和版本控制等。

   • 注释删除（Comment Removal）：

     • 预处理器会删除源代码中的注释，包括单行注释（//）和多行注释（/* ... */）。
     • 注释的目的是为了提高代码的可读性，但在编译过程中并不需要注释。

   • 其他处理：

     • 预处理器还可以执行其他一些操作，如去除行尾空格、处理特殊字符等。
     • 例如，#pragma指令用于向编译器发出特定的指示。

2. 编译（Compilation）：

   • 词法分析（Lexical Analysis）：

     • 词法分析器（Lexer）将源代码分解为一个个的词法单元（Token）。
     • 词法单元是源代码中的最小语法单位，如关键字、标识符、运算符和常量等。
     • 词法分析器根据预定义的词法规则来识别和分类词法单元。

   • 语法分析（Syntax Analysis）：

     • 语法分析器（Parser）根据语法规则分析词法单元的组合，并构建抽象语法树（Abstract Syntax Tree，AST）。
     • 抽象语法树是一种树状结构，表示源代码的语法结构和语义关系。
     • 语法分析器检查代码是否符合语法规则，并生成语法树作为中间表示。

   • 语义分析（Semantic Analysis）：

     • 语义分析器（Semantic Analyzer）对语法树进行语义检查，确保代码的语义正确性。
     • 语义分析器会检查类型匹配、变量声明和使用、函数调用等语义相关的问题。
     • 如果发现错误，会生成相应的错误信息。

   • 代码生成（Code Generation）：

     • 代码生成器将语法树转换为汇编语言或机器语言。
     • 生成的代码与目标机器的指令集和内存模型相关。
     • 代码生成器会进行优化，以提高代码的执行效率和性能。

3. 汇编（Assembly）：

   • 汇编器将汇编代码转换成机器代码。
   • 生成目标文件（通常是以.obj或.o为扩展名的文件）。
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链接过程：

1. 目标文件生成：

   • 如果程序包含多个源文件，每个源文件都会被编译成一个目标文件。
   • 每个目标文件包含该文件的机器代码和一些附加信息。

2. 库链接（Library Linking）：

   • 如果程序使用了外部库，链接器会将程序与这些库连接在一起。
   • 静态链接时，整个库的机器代码被复制到可执行文件中。
   • 动态链接时，程序包含对库的引用，但实际的链接发生在运行时。

3. 符号解析（Symbol Resolution）：

   • 解决程序中使用的符号（变量和函数名）的地址。
   • 确保所有引用的符号都能在可执行文件中找到对应的地址。

4. 重定位（Relocation）：

   • 将程序中的相对地址转换为绝对地址。
   • 使得程序能够正确地在内存中运行。

5. 可执行文件生成：

   • 最终生成可执行文件，该文件包含了所有必要的信息，可以在操作系统上运行。