C语言 程序的编译系统解析

目录

• 程序的翻译环境和执行环境
• 编译和链接
• 翻译环境
• 编译的几个阶段
• 预处理
• 编译
• 汇编
• 链接
• 运行环境

今天我来补一下C语言篇的程序的编译的一篇文章，也算是有一个结尾了。

程序的翻译环境和执行环境

在ANSI C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。

一个.c的文件事如何变成.exe的可执行文件的呢？下面这张图片是一个大概的过程：

编译和链接

翻译环境

• 组成一个程序的每个源文件通过编译过程分别转换成目标代码( object code )。
• 每个目标文件由链接器( linker )捆绑在一 起,形成一个单一-而完整的可执行程序。
• 链接器同时也会引入标准C函数库中任何被该程序所用到的函数,而且它可以搜索程序员个人的程序库，将其需要的函数也链接到程序中。

编译的几个阶段

接下来，我来用Linux平台来给大家演示一下编译的三个过程：

我们先编写一个简单C程序：

然后执行这样一句指令：

gcc test.c

这句指令是让gcc这个编译器来编译我们的代码，执行完这句指令我们会发现会生成一个a.out这样一个可执行文件，

我们执行再下面这样一句指令：

./a.out

这样我们就可以执行这个可执行文件了，

为了让大家更好地感受到编译的过程，我们来一步一步看：

预处理

我们执行再下面这样一句指令，让代码预处理完之后就停下来：

gcc -E test.c -o test.i

这句指令的意思就是把预处理完之后的信息输出到一个test.i的文件中。

可以发现的是，这里多了一个test,i的文件，我们可以打开看一看：

可以发现的是，有三个点发生了变化：

• 头文件被展开
• 宏被文本替换了
• 注释被删除了

我们对原代码做一个处理，不包含stdio.h的头文件，我们自己写一个头文件：

再来看一下，预处理后的文件是什么样子的：

效果通上面一样。

所以预处理的几个动作

• 头文件的包含
• 预处理指令的完成（eg:#define、#pragma…）
• 注释的删除

编译

执行再下面这样一句指令让文件进行编译形成汇编代码：

gcc -S test.c

执行完之后就可以生产出一个test.s的文件，我们可以打开看一看：

这里其实就是汇编代码。

所以编译的几个动作

• 语法分析
• 词法分析
• 语义分析
• 符号汇总

符号汇总: 符号汇总的都是全局的符号。例如上面我们的代码头文件就汇总了一个Add，.c文件就汇总的一个Add和main。

汇编

接下来我们执行这样一条指令：

gcc -c test.c

对源文件进行汇编，结果生成了一个test.o的目标文件：

打开这个文件，我们会发现这是一个我们看不懂的二进制文件：

所以其实汇编是把汇编代码转换为二进制代码（机器指令）。

这个过程还做了一件件事——形成符号表

链接

链接做的两个事情

• 合并段表
• 符号表的合并和符号表的重定位

在Linux系统下，test.o二进制文件是用一个elf这样的格式来组织文件的。

elf会把文件组织成一个段。test.o和Add.o都有一个段，那么我们怎样才能看懂elf格式的文件呢？

我们有这样一个工具叫做readelf，他可以看懂这样一个文件，所以我们输入这样一条指令：

readelf test.o -a

我们就确实可以看到这样一个段的存在。

然后这下面还有符号表的汇总：

其实a.out这个文件也是elf格式的，所以其实链接就是把这几个elf格式的文件的段表合并，然后test中的Add函数就有了地址。

运行环境

程序执行的过程：

• 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。
• 程序的执行便开始。接着便调用main函数。
• 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。
• 终止程序。正常终止main函数；也有可能是意外终止。

到此这篇关于C语言 程序的编译系统解析的文章就介绍到这了,更多相关C语言 程序编译内容请搜索我们以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持我们！