C语言基础————编译和链接

一.翻译环境

在这个环境中，源代码被转换成可执行的的机器指令，并且呢，这个环境由编译和链接两大部分组成，接下来我们分开讲解。

1.编译：预处理（预编译），编译，汇编

（一）预处理

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。

进行文本操作预处理阶主要处理那些源文件中#开始的预编译指令。比如: #include,#define，处理的规则如下:

（1）将所有的 #define 删除，并展开所有的宏定义。
（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）删除所有的注释。
（5）添加行号和文件名标识，方便后续编译器生成调试信息等
（6）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。

（二）编译

编译过程就是将预处理后的文件进行一系列的: 词法分析、语法分析、语义分析及优化，生成相应的汇编代码文件。

（1）语法分析

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)。
上面程序进行词法分析后得到了16个记号:

（2）语法分析

接下来语法分析器，将对扫描产生的记号进行语法分析，从而产生语法树。这些语法树是以表达式为节点的树。

（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。这个阶段会报告错误的语法信息。

汇编器是将汇编代码转转变成机器苛执特的指零，每一个汇编语几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一一的进行翻译，也不做指令优化。

二.链接

链接是一个复杂的过程，链接的时候需要把一堆文件链接在一起才生成可执行程序。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。

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.o
add.c 经过编译器处理生成 add.o
我们在 test.c 的文件中使用了 add.c 文件中的 Add 函数和 g_val 变量。我们在 test.c 文件中每一次使用 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_va 的地址置。等待最后链接的时候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。
前面我们非常简洁的讲解了一个C的程序是如何编译和链接，到最终生成可执行程序的过程，其实侈内部的细节无法展开讲解。比如: 目标文件的格式elf，链接底层实现中的空间与地址分配，符号解诉和重定位等，如果你有兴趣，可以看《程序的自我修养》一书来详细了解。

三.运行环境

1.程序必须载入内中。在有操作系统的环境中: 一般这个由操作系统完成。在独立的环境中，程院的载入必须由手工安排，也可能是通过可执行代码置入只读内存来完成。

2.程序的执行便开始。接着便调用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(stack) ，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 (static) 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徐留他们的值。

4.终止程序。正常终止main函数;也有可能是意外终止。