翻译环境由两大过程组成:
- 编译
- 链接
一个 C语言项目中可能由多个.c文件构成,项目从源文件到.exe可执行程序需要执行以下步骤:
- 多个.c文件单独经过编译器,经编译处理后生成对应的目标文件
- Windows 环境下的目标文件后缀为.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
1.1 编译器
编译器主要干了三件事:
- 预处理:主要处理源文件中的预编译指令
- 编译:进行词法分析、语法分析、语义分析及优化
- 汇编:将汇编代码转换为机器指令
其过程为:
- 项目中的.c源文件和.h头文件经过预处理后产生后缀为.i的中间文件
- 预处理后的中间文件经过编译后产生后缀为.s的编译后的中间文件
- 编译后的中间文件经过汇编产生后缀为.obj的目标文件
下面我们来逐步学习
1.1.1 预处理
在预处理阶段,源文件和头文件会被处理为后缀为.i的文件,该阶段主要对其中以#开头的预编译指令,具体操作如下:
- 删除所有注释
- 将所有的宏定义展开并删除,例如:将#define A 10展开并删除
- 处理所有的条件编译指令,例如:#if、#ifdef、#elif、#else、#endif
- 处理#include预编译指令,将包含的头文件內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
- 添加行号和文件标识,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。
1.1.2 编译
编译过程是将预处理后的中间文件进行一系列的操作,主要为:词法分析、语法分析、语义分析及优化,结果为生成相应的汇编代码文件。
1.1.2.1 词法分析
词法分析就类似于给代码的每一个字符都打上标签。
该阶段将源代码程序输入到扫描器,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。
例如下列代码将会被识别为:
array[index] = (index + 4) * (2 + 6);
1.1.2.2 语法分析
进行完词法分析后,进入语法分析阶段;如果说词法分析是识别代码,那么语法分析就是按照识别出的信息表示其中的逻辑。
在语法分析阶段,语法分析器将会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。
例如上述代码的语法树如下:
1.1.2.3 语义分析
语法分析后由语义分析器来完成语义分析。
语义分析完成对表达式的语法层面分析。编译器所能够完成的分析是语义的静态分析,这通常包括声明和类型的匹配,类型的转换等等。
该阶段会报告错误的语法信息。
1.1.3 汇编
汇编器是将汇编代码转变成机器可执行的指令,即机器语言。每一个汇编语句几乎都对应一条机器指令。就是根据汇编指令和机器指令对照表一一进行翻译,不作指令优化。
1.2 链接
链接的主要过程包括:地址和空间分配,符号决议和重定位等等。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,把一堆文件链接在一起生成可执行程序