【C语言】编译和链接

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目录

（一）编译

（1）预处理（预编译）

 （2）编译

i.词法分析

ii.语法分析

 iii.语义分析

(3)汇编

（二）链接

重定位

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正文开始

（一）编译

        编译可以分解成：预处理（预编译），编译，汇编三个过程。

（1）预处理（预编译）

        在预处理（预编译）阶段，源文件和头文件会被处理成以（ .i ）为后缀的文件。

        在Linux的gcc编译环境下，可以使用命令行将名称为 “test.c” 的文件进行预处理，是用到的命令如下：

        gcc -E test.c -o test.i

         预处理阶段主要处理源文件中 #开头的预编译指令。比如：#define ，#include ，#if ，#ifndef 等。

         预处理阶段进行的处理规则主要如下：

•  将所有的 #define 删除，并展开所有的宏定义；
•  处理所有的条件编译指令，如： #if、#ifdef、#elif、#else、#endif ；
•  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；
•  删除所有的注释；
•  添加行号和文件名标识，方便后续编译器生成调试信息等；
•  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；

 （2）编译

         编译是将预处理之后的文件进行一系列的操作：词法分析，语法分析，语义分析及其优化，生成相应的汇编代码文件。

         编译过程的命令如下：

        gcc -S test.i -o test.s

 即对预编译阶段生成的 test.i 编译 生成 test.s

假设存在这样一段代码，

arr[i] = (i+4)*(2+6);

如下演示一下汇编的整个过程：

i.词法分析

        扫描器通过对源代码程序的扫描，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，字面值，特殊字符等）。

        对上面的一段代码进行词法分析后会得到16个记号：

记号	类型
arr	标识符
[	左方括号
i	标识符
}	右方括号
=	赋值
(	左圆括号
i	标识符
+	加号
4	数字
)	右圆括号
*	乘号
(	左圆括号
2	数字
+	加号
6	数字
)	右圆括号

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ii.语法分析

         接下来，语法分析器通过对扫描产生的记号进行语法分析，从而产生语法树。并且这些树是以表达式为节点的树。

 iii.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。这个阶段会报告错误的语法信息。

 

 

(3)汇编

         汇编器将汇编代码转变成机器可执行的指令，每⼀个汇编语句几乎都对应⼀条机器指令。就是根据汇编指令和机器指令的对照表进行一一翻译，并不做指令优化。

 汇编的命令如下：

gcc -c test.s -o test.o

 可以通过反汇编来查看对应的汇编代码。

（二）链接

        链接是⼀个相对复杂的过程，链接的时候需要把许多文件链接在⼀起才生成可执行程序。不同操作系统的可执行程序的后缀不同：（windows-.obj ）(Linux - .o)

 
        链接过程主要包括：地址和空间分配，符号决议和重定位等这些步骤。

        链接解决的是⼀个项目中多文件、多模块之间互相调用的问题

 比如在一个C的项目中有2个.c文件（test.c和add.c）

test.c

#include 

//test.c

//声明外部函数
extern int Add(int x, int y);

//声明外部的全局变量
extern int g_val;

int main()
{
    int a = 10;

    int b = 20;

    int sum = Add(a, b);

    printf("%d\n", sum);

    return 0;
}

add.c

int g_val = 2022;

int Add(int x, int y)
{
    return x+y;
}

 我们已经知道，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 经过编译器处理⽣成test.c

        add.c 经过编译器处理⽣成add.o 

重定位

        我们在 test.c 中使⽤了 add.c 中的 Add 函数和 g_val 变量。
        我们在 test.c 中每⼀次使⽤ Add 函数和 g_val 的时候必须确切的知道 Add 和 g_val 的地址，但是由于每个⽂件是单独编译的，在编译器编译 test.c 的时候并不知道 Add 函数和 g_val变量的地址，所以暂时把调⽤ Add 的指令的⽬标地址和 g_val 的地址搁置。等待最后链接的时候由链接器根据引⽤的符号 Add 在其他模块中查找 Add 函数的地址，然后将 test.c 中所有引⽤到Add 的指令重新修正，让他们的⽬标地址为真正的 Add 函数的地址，对于全局变量 g_val 也是类似的⽅法来修正地址。

        这个地址修正的过程也被叫做：重定位

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 ~完

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