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前言:
在用C语言写代码前,我们会先创建一个或多个源文件(.c 文件),最终源文件会变成可执行文件(.exe 文件),你知道这期间经历了什么吗?听我细细讲解 ~
目录
????Part2. 编译与链接
Part1. 程序的翻译环境和执行环境
第一 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 二 种是 执行环境 ,它用于 实际执行代码 。
简单的图示
接下来我会给大家依次讲解这两个过程
Part2. 编译与链接
2.1 翻译环境
如图,每个 源文件 单独经过 编译器 处理,生成 目标文件 ,所有目标文件与 链接库 一起,在 链接器 的作用下生成 可执行文件 。
演示:
创建一个项目,在这个项目下创建三个源文件:
内容如下:
//test.c
#include<stdio.h>
extern Add(int, int);
extern Sub(int, int);
int main()
{
int a = 20;
int b = 30;
int c = Add(a, b);
int d = Sub(a, b);
printf("%d\n", c);
printf("%d\n", d);
return 0;
}
//Add.c
int Sub(int x, int y)
{
return x + y;
}
//Sub.c
int Add(int x, int y)
{
return x - y;
}
运行后,
查看 .exe 文件:
查看 .obj 文件:
是不是与上述过程一样呢
一些细节:
• 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。
2.2. 编译的几个阶段
我们已经知道了,源文件变成可执行文件需要编译和链接两个过程,那么编译本身有哪些阶段呢?
我是图示
由图示可看出:编译经历的阶段有 预编译 --> 编译 --> 汇编
接下来细讲每个过程:
注:由于 VS2022 属于集成开发环境,不方便展示细节,
所以接下来我会使用 Linux 环境下的 gcc 来演示编译和链接的过程。
为方便起见,我们只使用 test.c 和 Add.c 文件。
2.2.1 预编译
首先把刚才的代码写入文件:
这时我们只进行预编译
输入指令: gcc test.c -E (-E 就是预编译后停下来)
回车
会发现 预编译的结果直接输出在屏幕上了:
其实内容非常多,这里选取部分
我希望把 预编译的内容放在一个文件中
输入指令: gcc test.c -E -o test.i
此时就多了一个 test.i 文件
对 Add.c 进行相同的操作 gcc Add.c -E -o Add.i
打开相应的文件 vim test.i
有足足800多行代码:
这时会问了: 为什么预编译后出现了这么多代码?
回想一下,我们的 test.c 里面有什么内容来着?
#include<stdio.h>
没错,就是引了头文件,可以理解为: 在预编译过程中将相关的头文件进行了展开
于是就有了预编译的第一条操作:
• 头文件的包含
接下来我在 test.c 文件中加入以下代码:
重新预编译 test.c 到 test.i 中:
可以发现:MAX被替换,注释也消失了;
• define 定义符号的替换
• 注释删除
小总结:
预编译阶段中进行的操作:
• 头文件的包含
• define 定义符号的替换
• 注释删除
都属于 文本操作
2.2.2 编译
我们接下来要做的就是让预编译后的文件只进行编译操作
输入指令: gcc test.i -S
可见生成了一个 test.s 的文件
打开 test.s :
可见里面是一些 汇编代码
其实这就是编译阶段的主要操作:
• 把C语言代码翻译成汇编代码
再深入些,
翻译的过程有:
1. 语法分析
2. 词法分析
3. 语义分析
4. 符号汇总
其实前三个过程比较好理解,就像我们读英语一样,要把英语转换成中文来理解。像这些分析,其实就是把C语言代码转换成汇编能理解的代码。
符号汇总就比较特殊,这里拿出细讲:
符号汇总,其实就是 把一个文件中那些全局的符号汇总到一起
比如:
红色方块部分是汇总出的符号
某种意义上,汇总的符号是函数的符号。那这有什么用呢?先不急,接着看。
2.2.3 汇编
进一步,令编译后的文件只进行汇编操作
输入指令: gcc test.s -c
又出现了新的 test.o 文件
打开 test.o :
嗯,看不懂。
其实是 二进制 啦 ~ 当然看不懂
那么 汇编的操作 也显而易见了:
• 把汇编指令翻译成二进制指令
其中又有一个重要的过程: 形成符号表
我们说了看不懂,那谁能帮我们看懂呢?
在 Linux环境下:
test.o 和可执行文件的格式是 elf ,理应, readelf 可以读
输入命令: readelf test.o -s
这不,汇总的符号就出现了。
形成符号表,其实就是把汇总出的符号赋予一个临时地址
2.3 链接
链接链接,通俗来讲就是把多个文件连接起来
链接进行的操作:
• 合并段表
• 符号表的合并和重定位
合并段表解释:
前面提到 .o 文件和可执行文件都是 elf 格式,elf 格式本身具有段,
.o 文件在形成可执行文件的过程中会把相对应的段合并
图示
符号表的合并和重定位:
前面提到了形成符号表,并赋予了一个临时地址,
它们最终会 合并 到一起
对于出现一次的符号来说,地址可以直接用临时赋予的地址;
而对于出现多次的符号来说,地址不统一,就需要 重新定位 。
图示
总结:
听了 .c 到 .exe 的故事,是不是感觉 .c 到 .exe 道路有些艰辛呢?
一图总结
码文不易
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