C语言中抽象的编译和链接原理

简介: C语言中抽象的编译和链接原理

首先我们要知道可执行程序需要经过什么过程,亦或是说什么环境。那么接下来我们就要认识两个环境------翻译环境和运行环境


翻译环境

首先我们都知道我们写C语言代码都要创建一个”.c“的源文件,可是其实我们的机器是看不懂”.c“环境的,此时就需要对我们的”.c“文件进行翻译,当然翻译是有很多过程的,大体可以分为两个大概方面,一个是编译过程,一个是链接过程。其中编译也可以分为:预处理(有些书也叫预编 译)、编译、汇编三个过程。在下面我们就着重讲一下编译过程。

链接过程

大家都知道我们一个项目是可以是很多个”.c“文件组或头文件成联合起来才能运行成一个完整的项目,那我们的机器是如何能够完成这个功能------把不同文件联合起来完成一个功能


⼀个C语⾔的项⽬中可能有多个 .c 文件⼀起构建,那多个 .c ⽂件如何⽣成可执行程序呢? • 多个.c⽂件单独经过编译器,编译处理⽣成对应的⽬标⽂件。


• 注:在Windows环境下的⽬标⽂件的后缀是 .obj ,Linux环境下⽬标⽂件的后缀是 .o • 多个⽬标⽂件和链接库⼀起经过链接器处理⽣成最终的可执行程序。 • 链接库是指运⾏时库(它是⽀持程序运行的基本函数集合)或者第三⽅库。


链接便是将不同文件链接起来,使得不同文件可以联合起来,共同组成一个项目。这里我们的链接就需要链接器来完成,我们所使用的编程软件内置都是有链接器的。


编译过程


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 环境下想观察⼀下,对 test.c ⽂件预处理后的.i⽂件,命令如下: 1 gcc -E test.c -o test.i 预处理阶段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: • 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。


• 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。


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。


下面我们来剖析一下这三个过程词法分析、语法分析、语义分析及优化。

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)。


那么拆分是怎么样的呢

arr[i] = (i + 1);

如上代码,经过词法分析后编译器会得出这样的一个结果:

记号                                                        类型

arr                                                          标识符

[                                                              左方括号

i                                                              标识符

]                                                              右方括号

=                                                             赋值符号

(                                                              左括号

i                                                              标识符

+                                                             加号

1                                                             数字

)                                                             右括号

这样将每个符号都一一找出他们的类型就是词法分析。


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。

arr[i] = (i + 1);


还是同一个代码,经过语法分析我们就得到上面的语法树。这就是编译过程中的语法分析。


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。


这里我们的语义分析就是在语法分析的基础上,将每个表达式判断他们的类型,如上图。


上面的三点就是我们的编译的大概三个过程了。下面到我们的汇编过程。


汇编

汇编器是将汇编代码转转变成机器可执行的指令,每⼀个汇编语句几乎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⼀⼀的进⾏翻译,也不做指令优化。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<stdio.h>
int main()
{
  int arr[5];
  int i = 1;
  arr[i] = (i + 1);
  return 0;
}


这是VS上的反汇编,反汇编就是将可执行文件和二进制代码转化为汇编语言表示的过程。


以上就是翻译过程中编译过程的大概了。希望各位喜欢。

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