C语言中抽象的编译和链接原理

今天04.12，身体小有不适，但是睡不着觉，秉着不能浪费时间的原则，现在就简单写一下有关我们C语言中编译和链接的大体过程吧，因为编译和链接是比较抽象的，而且内容是比较底层，我们这里就简单了解它的大体即可。

常常会回顾努力的自己，所以要给自己的努力留下足迹。

为今天努力的自己打个卡，留个痕迹吧

                                                                                                        2024.04.12     小闭

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
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。

常常会回顾努力的自己，所以要给自己的努力留下足迹。

为今天努力的自己打个卡，留个痕迹吧

                                                                                                        2024.04.13     小闭