《读书笔记》程序员的自我修养之编译和链接

《读书笔记》程序员的自我修养之编译和链接

对于经典的Hello world，程序是如何运行的呢？

#include <stdio.h>

int main()

{

       printf("Hello World\n");

       return 0;

}

对于GCC编译器，程序运行分为以下四个过程：

预编译（Prepressing）--à编译（Compilation）--à汇编（Assembly）--à链接（Linking）

                    

预编译

预编译是将.C文件预编译成.i文件

$gcc –E hello.c –o hello.i

或

$cpp hello.c > hello.i

注：‘-E’选项表示只进行预编译；cpp是预编译器

 

预编译过程主要处理源代码文件中的以“#”开始的预编译指令（“#include”，“#define”等）。主要处理规则如下：

• 把所有的宏展开，删除所有的“#define”；
• 处理所有的条件编译（“#if”，“ifdef”，“#elif”，“#else”，“#endif”）；
• 处理“#include”预编译指令，将被包含的文件插入到该预编译指令位置；
• 删除所有注释“//”和“/* */”；
• 添加行号和文件名标识（这就是为什么程序报错时会显示错误代码行号）；
• 保留所有编译命令#pragma（留给编译器使用）。

编译

编译是整个过程的核心，也是最复杂部分之一。包括词法分析、语法分析、语义分析、源代码优化，生成汇编代码。

编译过程命令如下：

$gcc –S hello.i –o hello.s

目前的GCC版本将预编译和编译过程合二为一，使用一个叫做ccl的程序来完成这两个过程。

可直接调用ccl来完成预编译和编译过程，如下：

$ /user/lib/gcc/i486–linux–gnu/4.1/ccl hello.c

或者

$gcc –S hello.c –o hello.s

汇编

汇编器（as）是将汇编代码转变为机器可执行的指令（汇编指令和机器指令的对照表一一翻译）

汇编过程如下：

$as hello.s –o hello.o

或者

$gcc –c hello.s –o hello.o

或者

$gcc –c hello.c –o hello.o

 

链接

链接的过程是链接器（ld）将目标文件（.o文件）变为可执行文件（.exe）的过程。

链接过程是一个复杂的过程，相当复杂！！！

$ld  -static  crt1.o  crti.o  crtbeginT.o  hello.o  -start-group -lgcc -lgcc_eh -lc-end-group  crtend.o  crtn.o

看了上面的命令，为什么要将一大堆的文件链接起来才可以得到可执行文件？？

且看后面的静态链接与动态链接篇幅。

 

上面分析了一段程序的执行过程，下面具体看看编译器到底做了什么工作。

 

编译过程一般可以分为6步：扫描（词法分析）、语法分析、语义分析、源代码优化、代码生成和目标代码优化。

1、扫描器（Scanner）的任务就是进行简单的词法分析，运用一种类似于有限状态机（Finite State Machine）的算法将源代码的字符序列分割成一系列的记号（Token）。词法分析产生的记号一般有以下几类：关键字、标识符、字面量（包含数字、字符串等）和特殊符号（如加号、等号）。扫描的过程由lex程序完成。

2、语法分析器（Grammar Parser）将对由扫描器产生的记号进行语法分析，从而产生语法树（Syntax Tree）。简单来讲，由语法分析器生成的语法树就是以表达式（Expression）为节点的树。语法分析的过程由yacc工具完成。

3、语义分析由语义分析器（Semantic Analyzer）来完成。

----编译器所能分析的语义是静态语义，与之对应的动态语义只有在运行期才能确定。

----静态语义通常包括声明和类型的匹配，类型的转换。

----经过语义分析后，语法分析生成的语法树的表达式都被标识了类型，如果有些类型需要隐式转换，语义分析程序会在语法树中插入相应的转换节点。

4、源代码优化器对源代码进行优化，但直接在语法树上作优化比较困难，往往是将整个语法树转换成中间代码进行优化。

中间代码使得编译器分为前端和后端：前端负责产生机器无关的中间代码；后端负责将中间代码转换成目标机器代码。

5、目标代码优化器将上述生成的目标机器代码进行优化，比如选择合适的寻址方式、使用位移代替乘法运算、删除多余的指令等。

 

编译器忙活了半天，可生成的目标代码中，我们还不知道函数访问所要的目标函数的地址，变量访问所要的目标变量的地址，这可咋办呢？？

其实目标函数访问也好，变量访问也好，这都可以归结为一种方式，就是所谓的模块间符号的引用。

人们把每个源代码模块独立地编译，然后按照需要将它们组装起来，这个组装模块的过程就是“链接”。

链接的主要内容就是把各个模块之间相互引用的部分处理好，使得各个模块之间能够正确衔接。

链接过程主要包括地址和空间分配、符号决议和重定位。