C語(yǔ)言?程序的編譯系統(tǒng)解析
今天我來(lái)補(bǔ)一下C語(yǔ)言篇的程序的編譯的一篇文章,也算是有一個(gè)結(jié)尾了。
程序的翻譯環(huán)境和執(zhí)行環(huán)境
在ANSI C的任何一種實(shí)現(xiàn)中,存在兩個(gè)不同的環(huán)境 :
第1種是翻譯環(huán)境,在這個(gè)環(huán)境中源代碼被轉(zhuǎn)換為可執(zhí)行的機(jī)器指令。
第2種是執(zhí)行環(huán)境 ,它用于實(shí)際執(zhí)行代碼。
一個(gè).c的文件事如何變成.exe的可執(zhí)行文件的呢?下面這張圖片是一個(gè)大概的過(guò)程:
編譯和鏈接
翻譯環(huán)境
- 組成一個(gè)程序的每個(gè)源文件通過(guò)編譯過(guò)程分別轉(zhuǎn)換成目標(biāo)代碼( object code )。
- 每個(gè)目標(biāo)文件由鏈接器( linker )捆綁在一 起,形成一個(gè)單一-而完整的可執(zhí)行程序。
- 鏈接器同時(shí)也會(huì)引入標(biāo)準(zhǔn)C函數(shù)庫(kù)中任何被該程序所用到的函數(shù),而且它可以搜索程序員個(gè)人的程序庫(kù),將其需要的函數(shù)也鏈接到程序中。
編譯的幾個(gè)階段
接下來(lái),我來(lái)用Linux平臺(tái)來(lái)給大家演示一下編譯的三個(gè)過(guò)程:
我們先編寫(xiě)一個(gè)簡(jiǎn)單C程序:
然后執(zhí)行這樣一句指令:
gcc test.c
這句指令是讓gcc這個(gè)編譯器來(lái)編譯我們的代碼,執(zhí)行完這句指令我們會(huì)發(fā)現(xiàn)會(huì)生成一個(gè)a.out這樣一個(gè)可執(zhí)行文件,
我們執(zhí)行再下面這樣一句指令:
./a.out
這樣我們就可以執(zhí)行這個(gè)可執(zhí)行文件了,
為了讓大家更好地感受到編譯的過(guò)程,我們來(lái)一步一步看:
預(yù)處理
我們執(zhí)行再下面這樣一句指令,讓代碼預(yù)處理完之后就停下來(lái):
gcc -E test.c -o test.i
這句指令的意思就是把預(yù)處理完之后的信息輸出到一個(gè)test.i的文件中。
可以發(fā)現(xiàn)的是,這里多了一個(gè)test,i的文件,我們可以打開(kāi)看一看:
可以發(fā)現(xiàn)的是,有三個(gè)點(diǎn)發(fā)生了變化:
- 頭文件被展開(kāi)
- 宏被文本替換了
- 注釋被刪除了
我們對(duì)原代碼做一個(gè)處理,不包含stdio.h的頭文件,我們自己寫(xiě)一個(gè)頭文件:
再來(lái)看一下,預(yù)處理后的文件是什么樣子的:
效果通上面一樣。
所以預(yù)處理的幾個(gè)動(dòng)作
- 頭文件的包含
- 預(yù)處理指令的完成(eg:#define、#pragma…)
- 注釋的刪除
編譯
執(zhí)行再下面這樣一句指令讓文件進(jìn)行編譯形成匯編代碼:
gcc -S test.c
執(zhí)行完之后就可以生產(chǎn)出一個(gè)test.s的文件,我們可以打開(kāi)看一看:
這里其實(shí)就是匯編代碼。
所以編譯的幾個(gè)動(dòng)作
- 語(yǔ)法分析
- 詞法分析
- 語(yǔ)義分析
- 符號(hào)匯總
符號(hào)匯總: 符號(hào)匯總的都是全局的符號(hào)。例如上面我們的代碼頭文件就匯總了一個(gè)Add,.c文件就匯總的一個(gè)Add和main。
匯編
接下來(lái)我們執(zhí)行這樣一條指令:
gcc -c test.c
對(duì)源文件進(jìn)行匯編,結(jié)果生成了一個(gè)test.o的目標(biāo)文件:
打開(kāi)這個(gè)文件,我們會(huì)發(fā)現(xiàn)這是一個(gè)我們看不懂的二進(jìn)制文件:
所以其實(shí)匯編是把匯編代碼轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制代碼(機(jī)器指令)。
這個(gè)過(guò)程還做了一件件事——形成符號(hào)表
鏈接
鏈接做的兩個(gè)事情
- 合并段表
- 符號(hào)表的合并和符號(hào)表的重定位
在Linux系統(tǒng)下,test.o二進(jìn)制文件是用一個(gè)elf這樣的格式來(lái)組織文件的。
elf會(huì)把文件組織成一個(gè)段。test.o和Add.o都有一個(gè)段,那么我們?cè)鯓硬拍芸炊甧lf格式的文件呢?
我們有這樣一個(gè)工具叫做readelf,他可以看懂這樣一個(gè)文件,所以我們輸入這樣一條指令:
readelf test.o -a
我們就確實(shí)可以看到這樣一個(gè)段的存在。
然后這下面還有符號(hào)表的匯總:
其實(shí)a.out這個(gè)文件也是elf格式的,所以其實(shí)鏈接就是把這幾個(gè)elf格式的文件的段表合并,然后test中的Add函數(shù)就有了地址。
運(yùn)行環(huán)境
程序執(zhí)行的過(guò)程:
- 程序必須載入內(nèi)存中。在有操作系統(tǒng)的環(huán)境中:一般這個(gè)由操作系統(tǒng)完成。在獨(dú)立的環(huán)境中,程序的載入必須由手工安排,也可能是通過(guò)可執(zhí)行代碼置入只讀內(nèi)存來(lái)完成。
- 程序的執(zhí)行便開(kāi)始。接著便調(diào)用main函數(shù)。
- 開(kāi)始執(zhí)行程序代碼。這個(gè)時(shí)候程序?qū)⑹褂靡粋€(gè)運(yùn)行時(shí)堆棧(stack),存儲(chǔ)函數(shù)的局部變量和返回地址。程序同時(shí)也可以使用靜態(tài)(static)內(nèi)存,存儲(chǔ)于靜態(tài)內(nèi)存中的變量在程序的整個(gè)執(zhí)行過(guò)程一直保留他們的值。
- 終止程序。正常終止main函數(shù);也有可能是意外終止。
到此這篇關(guān)于C語(yǔ)言 程序的編譯系統(tǒng)解析的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C語(yǔ)言 程序編譯內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!
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