深挖C语言：编译与预处理-北京尧图网络

目录1. 翻译环境和运行环境1.1 翻译环境1.2 预处理预编译1.3 编译1.3.1 词法分析1.3.2 语法分析1.3.3 语义分析1.4 汇编1.5 链接2. 运行环境1. 翻译环境和运行环境在 ANSI C的任何一种现实中存在两个不同的环境。第一种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二进制指令。第二种执行环境这个环境用于实际执行代码。1.1 翻译环境翻译环境分几个阶段阶段做什么在C语言里对应工具1. 预处理处理#include、#define、条件编译把头文件内容插入到源文件预处理2. 编译把预处理后的代码变成汇编代码 .s 文件编译器3. 汇编把汇编代码编程机器指令 .o 或 .obj 文件目标文件汇编器4. 链接把多个目标文件库文件合并成应该可执行程序链接器绘图如下注1.多个 .c 文件单独经过编译器编译处理生成对应的目标文件。2.在Windows环境下的目标文件后缀是 .objLinux环境下目标文件的后缀是 .o3.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。4.链接库是指运行时库支持程序运行的基本函数合集或者第三方库。再把编译器展开成三个过程绘图如下1.2 预处理预编译在预处理阶段源文件和头文件会被处理为 .i 为后缀的文件。在gcc环境下对 test.c 文件预处理后的 .i 文件命令如下gcc -E test.c -o test.i预处理阶段主要处理那些源文件中 #开始的预编译指令。如#include、#define处理的规则如下1.将所有的 #define 删除并展开所有的宏定义。2.处理所有条件编译指令如#if、#ifdef、#elif、#else、#endif。3.处理 #include 预编译指令将包含的头文件的内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。4.删除所有注释。5.添加行号和文件标识方便后续编译器生成调试信息等。6.保留所有的#pragma的编译器指令编译器后续会使用。经过预处理后的 .i 文件中不再包含宏定义因为宏已经被展开了。并且包含的头文件都被插入到 .i 文件中所有当我们无法知道宏定义或者头文件是否包含正确的时候可以查看预处理后的 .i 文件来确认。1.3 编译编译过程就是将预处理后的文件进行一系列的词法分析、语法分析、语义分析及其优化生成相应的汇编代码文件。编译过程指令如下gcc -S test.i -o test.s假设对下面代码进行编译会怎么处理呢array[index] (index4)*(26);1.3.1 词法分析当源代码程序被输入到扫描器中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关键字、标识符、字面量、特殊符号等如下记号类型array标识符[左方括号index标识符]右方括号赋值(左圆括号index标识符加号4数字)右圆括号*乘号(左圆括号2数字加号6数字)右圆括号1.3.2 语法分析接下来进入语法分析器将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。1.3.3 语义分析由语义分析器来完成语义分析即对表达式的语法层面分析。编译器将分析的是语义的静态分析。静态语义分析通常包括声明和类型匹配类型的转换等。这个阶段会报告错误的语法信息。1.4 汇编汇编器是将汇编代码转变成机器可执行的指令二进制指令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的对照表一一的进行翻译不做指令优化。汇编命令如下gcc -c test.s -o test.o1.5 链接链接是一个复杂的过程凯娜姐的时候需要把一堆文件链接在一起才可生产可执行程序。链接的过程包括地址和空间分配服啊后决议和重定位等这些步骤。链接解决的是一个项目中多文件、多模块之间相互调用的问题。例如在一个C的项目中有两个 .c 文件test.c 和 add.c代码如下test.c #include stdio.h //test.c //声明外部函数 extern int Add(int x, int y); //声明外部的全局变量 extern int g_val; int main() { int a 10; int b 20; int sum Add(a, b); printf(%d\n, sum); return 0; }Add.c :int g_val 2022; int Add(int x, int y) { return xy; }我们已经知道每个源文件都是单独经过编译器处理生成对应的目标文件。test.c经过编译器处理生成test.oadd.c经过编译器处理生成add.o我们在test.c的文件中使用了add.c 文件中的Add函数和g_val变量。我们在test.c 文件中每⼀次使用Add函数和g_val的时候必须确切的知道Add和g_val的地址但是由于每个文件是单独编译的在编译器编译 test.c的时候并不知道Add函数和g_val 变量的地址所以暂时把调用 Add的指令的目标地址和g_val的地址搁置。等待最后链接的时候由链接器根据引用的符号 Add在其他模块中查找Add函数的地址然后将test.c中所有引用到 Add 的指令重新修正让他们的目标地址为真正的Add函数的地址对于全局变量g_val也是类似的方法来修正地址。这个地址修正的过程也被叫做重定位。2. 运行环境1.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来完成。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。2.程序一执行就开始接着调用main函数。3.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内存存储在静态内存中的变量在程序的整个执行过程一直保留它们的值。4.终止程序正常终止main函数也有可能是意味终止。最后感谢你的阅读欢迎交流与指正。

深挖C语言：编译与预处理

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