文件的编译与链接

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翻译环境与链接环境：

翻译环境：

 编译器部分：

预处理：

编译：

词法分析：

语法分析：

语义分析：

汇编： 

小总结：

 链接器部分：

 运行环境：

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翻译环境与链接环境：

在ANSIC的任何一种实现中，存在两个不同的环境。

• 第1种是翻译环境，在这个环境中源代码被转换为可执行的机器指令。
• 第2种是执行环境，它用于实际执行代码。

翻译环境：

代码通过翻译环境进行编译，变成一个可执行的程序，可执行的程序其实就是二进制指令或者叫他机器指令，二进制指令在运行环境中运行和执行。

也因此翻译环境分为两个部分，一个是编译另一个是链接。

•  win:目标文件 的后缀是.obj可执行文件的后缀是.exe
• Linux:目标文件 的后缀是.o可执行文件没有后缀

 编译器部分：

是源文件通过了编译器内部的预编译、编译、汇编进行了文件的转化，最终变为目标文件，同链接库一起进入了链接器中进行最后的转化。

• 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。
• 类似scanf和printf这种库函数其实就是通过链接库传递到文件中，并在目标文件链接的过程中，一同和目标文件走向链接器。

当一个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文件单独经过编译出编译处理生产对应的目标文件。
• 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。 

预处理：

预处理会把头文件的内容添加到文件中代替原来的头文件，且预处理也叫做预编译。

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。

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)。

举例：

array[index] = (index+4)*(2+6);

进行分析：

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。

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： 

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都对应⼀条机器指令（二进制指令）。

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。

汇编其实是将之前的文件转化为二进制文件，而后在和链接库一同进入链接器中。

小总结：

 链接器部分：

 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。

由多个源文件组成的C程序，经过编辑、预处理、编译、链接等阶段会生成最终的可执行程序，最后会在链接阶段发现被调用的函数未定义。

举例：

add.c
int g_val = 2022;
int Add(int x, int y)
{
 return x+y;
}
 
test.c
 
#include <stdio.h>
//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;
}

链接器中的分配功能其实离不开编译和汇编的作用。

图例： 

 

 运行环境：

1. 程序必须载入内存中。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，程序的载入必须1.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保留他们的值.
4. 终止程序。正常终止main函数:也有可能是意外终止。

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