编译与链接（C/C++）

        在C/C++中关于代码的运行需要经过.c文件到.exe文件，而其中走过这些步骤这需要对原始的.c文件进行编译与链接。对于编译与链接主要构成了翻译环境，经过翻译环境之后生成.exe文件，然后在通过运行环境输出对应的结果。本篇主要讲解编译与链接。

        以上过程即就是一个.c源文件被运行需要经过的步骤。 

1.翻译环境

        翻译环境有编译、链接两个大的过程所组成，其中，编译可以分为：预处理（预编译）、编译、汇编三个过程。通过编译过程将多个.c源文件转化为.obj目标文件（windows为.obj，Linux为.o），生成多个目标文件之后，由连接器将多个目标文件与链接库进行链接，然后就生成了可执行程序.exe。

        链接库：运行时库（支持程序运行的基本函数集合）或者第三方库。

        对于以上过程中的编译还可细分为预处理（预编译）、编译、汇编。其中编译又可分为词法分析、语法分析和词义分析。

        经过预处理过程之后会生成 .i 为后缀的文件；

        经过编译过程之后的文件会生成后缀为 .s 的文件；

        经过汇编之后则生成 .obj 为后缀的目标文件。

1.1预处理（预编译）

        在预处理阶段，源文件和头文件会被处理成为 .i 为后缀的文件。

        在gcc环境下可以观察到对test.c文件预处理之后的 .i 文件，输入命令如下：

gcc -E test.c -o test.i

        输入以上命令则可以得出对应的 .i 文件，观察以上的文件，我们可以发现，在 .i 文件之中，由我们写的代码段已经被放在了1000多行，而#define定义的MAX在预处理文件中也直接被代换为了100，而在我们写的代码段以上1000多行的代码，则是库中所包含的代码，而且#if与#endif也消失了。所以，在预处理过程中，主要进行了如下的过程：

        1.将所有#define删除，并展开所有的宏定义（即将所有#define定义的变量代换为对应的值或者表达式）。

        2.处理所有的条件编译指令，如：#if 、#ifdef、#elif、#else、#endif。

        3.处理#include预编译指令，将包含的头文件的内容插入到该预编译指令的位置。这个过程是递归进行的，也就是说被包含的头文件也可能包含其他文件。

        4.删除掉所有的注释（将注释转化为空格）

        5.或保留所有的#pragma的编译器指令，编译器后续会使用。

        经过预处理后的 .i 文件中不再包含宏定义，因为宏定义已经被展开。并且包含的头文件都被插入到 .i 文件中。所以当我们无法知道宏定义或者头文件是否包含正确的时候，可以查看预处理后的 .i 文件来确认。

1.2编译

        编译主要经过三个过程：词法分析、语法分析、语义分析，生成相应的汇编代码文件。

        在gcc环境下，编译过程的命令如下：

gcc -S test.i -o test.s

        现在以以下代码进行编译时的步骤进行举例：

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

1.2.1 词法分析 

        将源代码程序被输入扫描器，扫描器的任务就是简单的进行词法分析，把代码中的字符分割成一系列的记号（关键字、标识符、字面量、特殊字符等等）。

        对以上代码进行词法分析得到16和记号：

记号

arrar

[

index

]

=

(

index

+

4

)

*

(

2

+

6

)

类型

标识符

方括号

标识符

方括号

赋值

括号

标识符

加号

数字

括号

乘号

括号

数字

加号

数字

括号

        经过词法分析之后，我们就开始语法分析了。

 1.2.2 语法分析

        对扫描产生的记号进行语法分析，从而产生语法树，语法树是以表达式为结点的二叉树。如下：

        以上就是通过语法分析生成的语法树，接下来就是语义分析。

1.2.3 语义分析

        由语义分析器来完成语义分析，即对表达式的语法层面分析。编译器所能做的分析是语义的静态分析。静态语义分析通常包括声明和类型的匹配，类型的转换等等，在这个阶段会报告出语法信息。

1.3汇编

        汇编器将汇编代码转化为机器可执行的指令（即二进制代码串），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进行翻译，也不做指令优化。

        汇编的命令如下：

gcc -c test.s -o test.o

        如上图所示的汇编指令，因为是二进制，所以用文本文件打开是乱码的形式。 

1.4链接

        链接就是将一堆文件链接在一起生成可执行程序.exe，其中，链接的主要过程包括：地址和空间分配，符号决议和重定位。

        链接解决的是一个项目中多文件、多模块之间相互调用的问题。如下的代码：

        在每个源文件都是单独经过编译器处理生成对应的目标文件。test.c经过编译器生成test.o；add.c经过编译器生成add.o，我们在test.c中使用了add函数和g_val变量，因为在test.c中起始并不知道这个函数与变量的地址，所以暂时先搁置，等待最后链接的时候由连接器根据引用的符号Add在其他 模块查找到Add函数的地址，然后在将test.c中所引用到Add的指令重新进行修正，让test.c中Add的地址为真正的Add函数地址，对全局变量g_val同样，这样的地址修正过程被称为：重定位。

2.运行环境

        关于运行环境，本篇便简要概括：

        1.程序必须载入内存之中。在有操作系统的环境中：一般这个由操作系统完成。而在独立的环境中，程序的载入必须手工控制，也可能是通过可执行代码置入只读内存来完成。

        2.程序的执行一开始，就调用main函数。

        3.开始执行程序代码。这个时候程序将使用一个运行时堆栈，存储函数的局部变量和返回地址。程序同时也可以使用静态内存，存储于静态内存中的变量在程序的整个执行过程一直保留他们的值。

        4.终止程序。可能是正常终止main函数也有可能是意外终止。