程序详细编译过程【预处理、编译、汇编、链接】

程序编译的整体流程 

#include
int main()
{
    printf("hello, world\n");
    return 0;
}

        我们的代码会经过这4个环节，从而形成最终文件，c语言作为编译语言，用来向计算机发出指令。让程序员能够准确地定义计算机所需要使用的数据，并精确地定义在不同情况下所应当采取的行动。

预处理:展开头文件/宏替换/去掉注释/条件编译                      （  test.i  main .i  ）
编译:检查语法，生成汇编                                                      （  test.s  main.s ）
汇编:汇编代码转换机器码                                                        (  test.o main.o  )
链接:链接到一起生成可执行程序                                                      a.out
 

        hello程序的生命周期是从一个源程序（或者说源文件）开始的，即程序员通过编辑器创建并保存的文本文件。源程序实际上就是一个由0和1组成的位（又称比特）序列，8个位被组织成一组，称为字节。每个字节表示程序中的某些文本字符。像 hello.c这样只由ASCII字符构成的文本称为文本文件，其他所有的文件都称为二进制文件。

        为了在系统上运行这个程序，每条C语句都必须被其他程序转化为一系列的低级机器语言指令，然后这些指令按照一种为可执行目标程序的格式打好包，并以二进制磁盘文件的形式存放起来。目标程序也称为可执行目标文件。

        在Unix系统上，从源文件到目标文件的转化是由编译器驱动程序完成的。

 

一.预处理阶段

1. 预处理器（cpp）将所有的#define删除，并且展开所有的宏定义。
2. 处理所有的条件预编译指令，比如#if、#ifdef、#elif、#else、#endif等。
3. 处理#include预编译指令，将被包含的文件直接插入到预编译指令的位置。
4. 删除所有的注释。
5. 添加行号和文件标识，以便编译时产生调试用的行号及编译错误警告行号。
6. 保留所有的#pragma编译器指令，因为编译器需要使用它们。

7. gcc -E hello.c -o hello.i

   使用以上命令来进行预处理， 预处理得到的另一个程序通常是以.i作为文件扩展名。

 

二.编译阶段

编译器（ccl）将预处理完的文本文件hello.i进行一系列的词法分析、语法分析、语义分析和优化，翻译成文本文件hello.s，它包含一个汇编语言程序。

编译过程可分为6步：扫描（词法分析）、语法分析、语义分析、源代码优化、代码生成、目标代码优化。

1. 词法分析：扫描器（Scanner）将源代的字符序列分割成一系列的记号（Token）。lex工具可实现词法扫描。
2. 语法分析：语法分析器将记号（Token）产生语法树（Syntax Tree）。yacc工具可实现语法分析(yacc: Yet Another Compiler Compiler)。
3. 语义分析：静态语义（在编译器可以确定的语义）、动态语义（只能在运行期才能确定的语义）。
4. 源代码优化：源代码优化器(Source Code Optimizer)，将整个语法书转化为中间代码（Intermediate Code）（中间代码是与目标机器和运行环境无关的）。中间代码使得编译器被分为前端和后端。编译器前端负责产生机器无关的中间代码；编译器后端将中间代码转化为目标机器代码。
5. 目标代码生成：代码生成器(Code Generator).
6. 目标代码优化：目标代码优化器(Target Code Optimizer)。

三.汇编阶段

汇编器（as）将hello.s翻译成机器语言指令，把这些指令打包成一种叫做可重定位目标程序的格式，并将结果保存在目标文件hello.o中，hello.o是一个二进制文件。

四.链接阶段

hello程序调用了printf函数，它存在于一个名为printf.o的单独的预编译好了的目标文件中，而这个文件必须以某种方式合并到我们的hello.o程序中。连接器（ld）就负责处理这种合并。结果就得到了hello文件，它是一个可执行目标文件（或者称为可执行文件），可以被加载到内存中，由系统执行。（链接程序运行需要的一大堆目标文件，以及所依赖的其它库文件，最后生成可执行文件）。