C语言编译原理--从源码到可执行文件详解

目录

一、什么是编译

二、编译详细流程

1、预处理

2、编译

3、汇编

4、链接

三、总结

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一、什么是编译

1、编译本质是将人类可读的程序源码转换为机器可以执行的机器指令。

2、将源程序转换为机器指令的工具叫做编译器，比如gcc,armcc，arm-linux-gcc等编译器。

二、编译详细流程

以C语言编译为例：编译流程大致分为以下几步：

1、预处理

预处理阶段会进行 宏替换，头文件展开，条件编译过滤，用户注释清除。

测试源码 mian.c，文件内容如下：

#include //用于测试头文件包含

#define BIN_XYB_TEST (10)//用于测试宏替换

#if BIN_XYB_DEFINE //用于测试编译条件
#define BIN_XYB_STR "DEFINE STR"
#else
#define BIN_XYB_STR "NO DEFINE STR"
#endif

//test   //用于测试注释清除

int main()
{
   int i = BIN_XYB_TEST;
   printf("hello world:%d!\r\n", i);
   printf(BIN_XYB_STR);
   return 0;
}

预处理main.c：gcc -E main.c -o main.i 。

生成预处理后的文件 main.i ，如下图：

对比源问件和目标文件结果如下：

2、编译

编译阶段会进行 检查语法错误，生成汇编文件。

编译阶段详细分为：词法分析，语法分析，语义分析，代码优化，目标代码生成。

编译main.i：gcc -S main.i -o main.s 。

生成汇编文件：main.s，如下图：

 用户源码和生成汇编文件对比如下：

推荐一个网站，改工具可以将用户源码编译为汇编文件，支持多种编译器，方便用户深入理解C语言编译后的汇编源码，工具网址：Compiler Explorer

。

3、汇编

汇编阶段会将汇编文件转换为二进制文件。

编译main.s：gcc -c main.s -o main.o，结果如下图：

生成的main.o文件是二进制形式，以二进制打开，内容如下：

4、链接

链接阶段会将编译后的二进制文件中的函数调用（包括一些静态库的中接口的调用）赋予实际意义，将程序进行整体组装，生成最终可执行的文件。

链接命令：gcc main.o -o main

整个流程下来，生成最终可执行文件main，./main执行，看到有正常输出。

三、总结

编译过程是将人类可看懂的源码语言转变为计算机可执行的指令。

当前阶段，人类可识别的源码语言大致包括两种，一种是编译型语言（比如C语言，C++语言等），也就是本文介绍的，另一种是解释型语言，也就是平时所说的脚本语言（比如Python、Lua等）。

编译型语言在开发平台上，将人类可识别的源码转换为计算机指令(可以理解为程序包)，将程序包下载到设备，设备直接执行。

解释型语言是将人类可识别的源码作为程序包添加到设备中，设备需要先将人类可识别的源码转换为机器指令，然后再执行机器指令，相当于是边解释边执行。

相比编译型语言，解释型语言速度较低，但是方便易用，可快速跨平台。