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  • C语言编译执行过程

    千次阅读 2019-09-27 10:14:57
    一、C语言编译执行过程 我们在C语言编辑的文件是以.c为文件拓展名的,称为源文件;C语言编译器的功能就是将源文件,经过编译、链接之后可以形成可执行文件 那么具体的步骤是什么呢? C源程序头文件-->预...

    一、C语言的编译执行过程

    我们在C语言编辑的文件是以.c为文件拓展名的,称为源文件;C语言编译器的功能就是将源文件,经过编译、链接之后可以形成可执行文件

    那么具体的步骤是什么呢?

    C源程序头文件-->预编译处理(cpp)-->编译程序本身-->优化程序-->汇编程序-->链接程序-->可执行文件

    二、编译执行过程详解

    第一步:在编辑器中编辑源文件

    第二步:编译预处理;

    预处理的作用就是读取源文件中的字符流,对伪指令和特殊符号进行处理

    预编译程序的功能是将源文件中的特殊内容进行替换,但是不会改变源文件的含义,预编译程序的输出文件将作为下一步操作的原始文件

    伪指令(以#开头的指令)和特殊符号包括以下四种类型:

     1.宏定义指令:#define、#undef......#define Name *** 的功能是将源文件中的Name全部替换为***,而#undef的功能是取消某个宏的定义,使其不再生效

     2.条件定义指令:#ifdef、#ifndef、#endif等,这些伪指令的引入使得程序员可以通过定义不同的宏来决定编译工具对哪些代码进行处理,可以通过此方法过滤掉无用代码

     3.头文件包含指令:#include< >、#include" ",使用头文件的目的是使得某些定义可以被多个源程序引用,预编译程序将头文件中的定义加入到其输出文件中,以便编译程序能够对其进行处理;

     两者的区别为#include< >引用的是系统提供的头文件,而#include" "引用的为用户自定义头文件,其文件存放位置必须和源文件在同一路径

     4.特殊符号:预编译程序可以识别一些特殊符号,例如在源程序中出现的LINE标识将被解释为当前行号(十进制数),FILE则被解释为当前被编译的C源程序的名称

     

    此外,在预处理阶段,编译器会删除注释内容,"//"和"/*"的内容,并且会添加代码行号和文件标识,便于在后续过程中输出报错信息时定位到错误位置

    第三步:编译

    经过预编译程序的处理,其输出文件将只包含变量。如数字、字符串、变量的定义,其工作就是将预编译处理程序进行语法检查和语句检查,确认语句符合规范之后,将其翻译为中间代码或者汇编代码

    第四步:优化

    优化是编译程序中的重要部分,它涉及到的问题不仅包括编译技术,还与机器的硬件环境有很大的关系

    优化过程分为两种:一是对中间代码的优化,另一种是针对目标代码进行的生成进行的优化

    第一种优化的主要方式是删除公共表达式以及循环优化,此方式不依赖计算机硬件平台,主要包括代码外提、强度削弱、变换循环控制条件、已知量的合并、复写传递以及无用赋值的删除

    第二种优化则依赖硬件环境,最主要的问题是充分利用硬件的寄存器来保存有关变量的值,以减少内存访问次数,此外,根据机器硬件的指令特点将代码量减少以及增加代码执行效率也是很重要的问题

    经过优化的代码必须经过汇编程序的汇编转化为机器指令才能够正常执行

    第五步:汇编

    汇编过程的主要功能是将汇编代码转化为机器指令,目标文件存放的就是和源文件相对应的机器指令

    目标文件通常由段组成:数据段和代码段

    代码段中包含的主要是程序的指令,一般文件权限是可读可执行但不可写

    数据段中包含的主要是各种全局变量或静态变量的数据,一般文件权限为可读可写可执行

     

    汇编程序生成的是可重定位文件,其中包含了其它目标文件链接来创建一个可执行文件或共享的目标文件所需的代码和数据

    第六步:链接

     由汇编程序生成的目标文件并不能被直接执行,它可能还存在着许多的问题

     例如:某个源文件中的函数引用了另一个源文件中的内容,或者在程序中调用了函数库中的函数,解决这些问题必须进行链接这一过程

     链接过程的主要功能是将有关目标文件相互连接,也就是将在某文件中对其它文件的引用与另一个文件中此引用的定义链接,使得这些目标文件能够被操作系统装入执行的整体

     根据开发人员同库函数的链接方式的不同, 链接方式可分为:静态链接和动态链接

    • 静态链接:在这种链接方式下,函数的代码将从其所在地静态链接库中被拷贝到最终的可执行文件中,这样该程序在执行时,相关代码将被装载到该进程的虚拟地址空间中。静态链接库实际上是一个目标文件的集合,其中每个文件含有库中的一个或一组相关函数的代码
    • 动态链接:在这种链接方式下,函数的代码被放到动态链接库或共享对象的某个目标文件中。链接程序所做的就是在最终的可执行程序中记录下共享对象的名字以及相关登记信息。在可执行文件运行时,动态链接库中的所有内容都被映射到相应进程的虚地址空间中,可执行程序再根据相关登记信息找到相关执行代码

     

    经过上述过程,C源程序就转化为了可执行程序,默认可执行程序的名字为a.out(Linux环境下)

    三、编译过程中的文件类型

    •        在Windows平台上,C语言源代码文件一般扩展名为.c,目标文件扩展名一般为.obj,生成的可执行文件扩展名一般为.exe
    •   在Linux平台上,C语言源代码文件一般扩展名为.c,预处理操作后的文件名扩展名一般为.i,编译器生成的汇编代码一般扩展名为.s,生成的可执行文件一般扩展为.out,它是有汇编器生成的,所以默认gcc生成的程序名为a.out意思即为Assembler output
    • UNIX环境下主要有三种类型的目标文件:

      (1)可重定位文件  其中包含有适合于其它目标文件链接来创建一个可执行的或者共享的目标文件的代码和数据

      (2)共享的目标文件  这种文件存放了适合于在两种上下文里链接的代码和数据。第一种事链接程序可把它与其它可重定位文件及共享的目标文件一起处理来创建另一个目标文件;第二种是动态链接程序将它与另一个可执行文件及其它的共享目标文件结合到一起,创建一个进程映象

      (3)可执行文件 它包含了一个可以被操作系统创建一个进程来执行的文件

    参考链接:http://lavasoft.blog.51cto.com/62575/187229

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  • c语言编译执行过程

    2015-11-21 19:30:00
    认识C编译执行过程</h4>认识C编译执行过程,是C学习的开端。简单说C语言从编码编译到执行要经历一下过程: C源代码编译----&gt;形成目标代码,目标代码是在目标机器上运行的代码。连接----&gt;将目标...

    <h4>认识C编译执行过程</h4>
    认识C编译执行过程,是C学习的开端。
    简单说C语言从编码编译到执行要经历一下过程:

    C源代码
    编译----&gt;形成目标代码,目标代码是在目标机器上运行的代码。
    连接----&gt;将目标代码与C函数库相连接,并将源程序所用的库代码与目标代码合并,并形成最终可执行的二进制机器代码(程序)。
    执行-----&gt;在特定的机器环境下运行C程序。

    如果用一个图 来表示:

    <a href="http://www.emacsvi.com/wp-content/uploads/2015/10/c_compiler_execute.jpg"><img class="alignnone size-medium wp-image-202" src="http://www.emacsvi.com/wp-content/uploads/2015/10/c_compiler_execute-300x233.jpg" alt="c_compiler_execute" width="300" height="233" /></a>

    &nbsp;

    编译,编译程序读取源程序(字符流),对之进行词法和语法的分析,将高级语言指令转换为功能等效的汇编代码,再由汇编程序转换为机器语言,并且按照操作系统对可执行文件格式的要求链接生成可执行程序。
    C源程序头文件--&gt;预编译处理(cpp)--&gt;编译程序本身--&gt;优化程序--&gt;汇编程序--&gt;链接程序–&gt;可执行文件

    &nbsp;
    <h4>1.编译预处理</h4>
    读取c源程序,对其中的伪指令(以#开头的指令)和特殊符号进行处理
    [析] 伪指令主要包括以下四个方面
    (1)宏定义指令,如#define Name TokenString,#undef等。对于前一个伪指令,预编译所要做的是将程序中的所有Name用TokenString替换,但作为字符串常量的Name则不被替换。对于后者,则将取消对某个宏的定义,使以后该串的出现不再被替换。
    (2)条件编译指令,如#ifdef,#ifndef,#else,#elif,#endif,等等。这些伪指令的引入使得程序员可以通过定义不同的宏来决定编译程序对哪些代码进行处理。预编译程序将根据有关的文件,将那些不必要的代码过滤掉
    (3)头文件包含指令,如#include “FileName”或者#include &lt;FileName&gt;等。在头文件中一般用伪指令#define定义了大量的宏(最常见的是字符常量),同时包含有各种外部符号的声明。采用头文件的目的主要是为了使某些定义可以供多个不同的C源程序使用。因为在需要用到这些定义的C源程序中,只需加上一条#include语句即可,而不必再在此文件中将这些定义重复一遍。预编译程序将把头文件中的定义统统都加入到它所产生的输出文件中,以供编译程序对之进行处理。
    包含到c源程序中的头文件可以是系统提供的,这些头文件一般被放在/usr/include目录下。在程序中#include它们要使用尖括号(&lt;&gt;)。另外开发人员也可以定义自己的头文件,这些文件一般与c源程序放在同一目录下,此时在#include中要用双引号(”")。
    (4)特殊符号,预编译程序可以识别一些特殊的符号。例如在源程序中出现的LINE标识将被解释为当前行号(十进制数),FILE则被解释为当前被编译的C源程序的名称。预编译程序对于在源程序中出现的这些串将用合适的值进行替换。
    预编译程序所完成的基本上是对源程序的“替代”工作。经过此种替代,生成一个没有宏定义、没有条件编译指令、没有特殊符号的输出文件。这个文件的含义同没有经过预处理的源文件是相同的,但内容有所不同。下一步,此输出文件将作为编译程序的输出而被翻译成为机器指令。
    <h4>2.编译阶段</h4>
    经过预编译得到的输出文件中,将只有常量。如数字、字符串、变量的定义,以及C语言的关键字,如main,if,else,for,while,{,},+,-,*,\,等等。预编译程序所要作得工作就是通过词法分析和语法分析,在确认所有的指令都符合语法规则之后,将其翻译成等价的中间代码表示或汇编代码。
    <h4>3.优化阶段</h4>
    优化处理是编译系统中一项比较艰深的技术。它涉及到的问题不仅同编译技术本身有关,而且同机器的硬件环境也有很大的关系。优化一部分是对中间代码的优化。这种优化不依赖于具体的计算机。另一种优化则主要针对目标代码的生成而进行的。上图中,我们将优化阶段放在编译程序的后面,这是一种比较笼统的表示。
    对于前一种优化,主要的工作是删除公共表达式、循环优化(代码外提、强度削弱、变换循环控制条件、已知量的合并等)、复写传播,以及无用赋值的删除,等等。
    后一种类型的优化同机器的硬件结构密切相关,最主要的是考虑是如何充分利用机器的各个硬件寄存器存放的有关变量的值,以减少对于内存的访问次数。另外,如何根据机器硬件执行指令的特点(如流水线、RISC、CISC、VLIW等)而对指令进行一些调整使目标代码比较短,执行的效率比较高,也是一个重要的研究课题。
    经过优化得到的汇编代码必须经过汇编程序的汇编转换成相应的机器指令,方可能被机器执行。
    <h4>4.汇编过程</h4>
    汇编过程实际上指把汇编语言代码翻译成目标机器指令的过程。对于被翻译系统处理的每一个C语言源程序,都将最终经过这一处理而得到相应的目标文件。目标文件中所存放的也就是与源程序等效的目标的机器语言代码。
    目标文件由段组成。通常一个目标文件中至少有两个段:
    代码段  该段中所包含的主要是程序的指令。该段一般是可读和可执行的,但一般却不可写。
    数据段  主要存放程序中要用到的各种全局变量或静态的数据。一般数据段都是可读,可写,可执行的。

    UNIX环境下主要有三种类型的目标文件:
    (1)可重定位文件  其中包含有适合于其它目标文件链接来创建一个可执行的或者共享的目标文件的代码和数据。
    (2)共享的目标文件  这种文件存放了适合于在两种上下文里链接的代码和数据。第一种事链接程序可把它与其它可重定位文件及共享的目标文件一起处理来创建另一个目标文件;第二种是动态链接程序将它与另一个可执行文件及其它的共享目标文件结合到一起,创建一个进程映象。
    (3)可执行文件   它包含了一个可以被操作系统创建一个进程来执行之的文件。
    汇编程序生成的实际上是第一种类型的目标文件。对于后两种还需要其他的一些处理方能得到,这个就是链接程序的工作了。
    <h4>5.链接程序</h4>
    由汇编程序生成的目标文件并不能立即就被执行,其中可能还有许多没有解决的问题。例如,某个源文件中的函数可能引用了另一个源文件中定义的某个符号(如变量或者函数调用等);在程序中可能调用了某个库文件中的函数,等等。所有的这些问题,都需要经链接程序的处理方能得以解决。
    链接程序的主要工作就是将有关的目标文件彼此相连接,也即将在一个文件中引用的符号同该符号在另外一个文件中的定义连接起来,使得所有的这些目标文件成为一个能够诶操作系统装入执行的统一整体。
    根据开发人员指定的同库函数的链接方式的不同,链接处理可分为两种:
    (1)静态链接 在这种链接方式下,函数的代码将从其所在地静态链接库中被拷贝到最终的可执行程序中。这样该程序在被执行时这些代码将被装入到该进程的虚拟地址空间中。静态链接库实际上是一个目标文件的集合,其中的每个文件含有库中的一个或者一组相关函数的代码。
    (2)动态链接  在此种方式下,函数的代码被放到称作是动态链接库或共享对象的某个目标文件中。链接程序此时所作的只是在最终的可执行程序中记录下共享对象的名字以及其它少量的登记信息。在此可执行文件被执行时,动态链接库的全部内容将被映射到运行时相应进程的虚地址空间。动态链接程序将根据可执行程序中记录的信息找到相应的函数代码。
    对于可执行文件中的函数调用,可分别采用动态链接或静态链接的方法。使用动态链接能够使最终的可执行文件比较短小,并且当共享对象被多个进程使用时能节约一些内存,因为在内存中只需要保存一份此共享对象的代码。但并不是使用动态链接就一定比使用静态链接要优越。在某些情况下动态链接可能带来一些性能上损害。
    经过上述五个过程,C源程序就最终被转换成可执行文件了。缺省情况下这个可执行文件的名字被命名为a.out。

    本文转自:http://www.vcgood.com/archives/1400

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    转载于:https://www.cnblogs.com/liweilijie/p/4984575.html

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  • C语言编译执行过程详解

    千次阅读 2016-01-21 17:43:38
    认识C编译执行过程,是C学习的开端。 简单说C语言从编码编译到执行要经历一下过程:   C源代码 编译---->形成目标代码,目标代码是在目标机器上运行的代码。 连接---->将目标代码与C函数库相连接,并将源程序...
    认识C编译执行过程,是C学习的开端。
    简单说C语言从编码编译到执行要经历一下过程:
     
    C源代码
    编译---->形成目标代码,目标代码是在目标机器上运行的代码。
    连接---->将目标代码与C函数库相连接,并将源程序所用的库代码与目标代码合并,并形成最终可执行的二进制机器代码(程序)。
    执行----->在特定的机器环境下运行C程序。
     
    如果用一个图 来表示:
     
     
    以上过程仅仅是个大概,详细的过程相当复杂,下面这篇文章写得很详细,从中受益很多:
     
     
    编译,编译程序读取源程序(字符流),对之进行词法和语法的分析,将高级语言指令转换为功能等效的汇编代码,再由汇编程序转换为机器语言,并且按照操作系统对可执行文件格式的要求链接生成可执行程序。
     
    C源程序头文件-->预编译处理(cpp)-->编译程序本身-->优化程序-->汇编程序-->链接程序-->可执行文件
     
    1.编译预处理
    读取c源程序,对其中的伪指令(以#开头的指令)和特殊符号进行处理
    [析] 伪指令主要包括以下四个方面
    (1)宏定义指令,如#define Name TokenString,#undef等。对于前一个伪指令,预编译所要做的是将程序中的所有Name用TokenString替换,但作为字符串常量的Name则不被替换。对于后者,则将取消对某个宏的定义,使以后该串的出现不再被替换。
     
    (2)条件编译指令,如#ifdef,#ifndef,#else,#elif,#endif,等等。这些伪指令的引入使得程序员可以通过定义不同的宏来决定编译程序对哪些代码进行处理。预编译程序将根据有关的文件,将那些不必要的代码过滤掉
     
    (3)头文件包含指令,如#include "FileName"或者#include 等。在头文件中一般用伪指令#define定义了大量的宏(最常见的是字符常量),同时包含有各种外部符号的声明。采用头文件的目的主要是为了使某些定义可以供多个不同的C源程序使用。因为在需要用到这些定义的C源程序中,只需加上一条#include语句即可,而不必再在此文件中将这些定义重复一遍。编译程序将把头文件中的定义统统都加入到它所产生的输出文件中,以供编译程序对之进行处理。
     
    包含到c源程序中的头文件可以是系统提供的,这些头文件一般被放在/usr/include目录下。在程序中#include它们要使用尖括号(<>)。另外开发人员也可以定义自己的头文件,这些文件一般与c源程序放在同一目录下,此时在#include中要用双引号("")。
     
    (4)特殊符号,预编译程序可以识别一些特殊的符号。例如在源程序中出现的LINE标识将被解释为当前行号(十进制数),FILE则被解释为当前被编译的C源程序的名称。预编译程序对于在源程序中出现的这些串将用合适的值进行替换。

        预编译程序所完成的基本上是对源程序的“替代”工作。经过此种替代,生成一个没有宏定义、没有条件编译指令、没有特殊符号的输出文件。这个文件的含义同没有经过预处理的源文件是相同的,但内容有所不同。下一步,此输出文件将作为编译程序的输出而被翻译成为机器指令。
     
    2.编译阶段
         经过预编译得到的输出文件中,将只有常量。如数字、字符串、变量的定义,以及C语言的关键字,如main,if,else,for,while,{,},+,-,*,\,等等。预编译程序所要作得工作就是通过词法分析和语法分析,在确认所有的指令都符合语法规则之后,将其翻译成等价的中间代码表示或汇编代码。
     
    3.优化阶段
        优化处理是编译系统中一项比较艰深的技术。它涉及到的问题不仅同编译技术本身有关,而且同机器的硬件环境也有很大的关系。优化一部分是对中间代码的优化。这种优化不依赖于具体的计算机。另一种优化则主要针对目标代码的生成而进行的。上图中,我们将优化阶段放在编译程序的后面,这是一种比较笼统的表示。
     
        对于前一种优化,主要的工作是删除公共表达式、循环优化(代码外提、强度削弱、变换循环控制条件、已知量的合并等)、复写传播,以及无用赋值的删除,等等。
     
    后一种类型的优化同机器的硬件结构密切相关,最主要的是考虑是如何充分利用机器的各个硬件寄存器存放的有关变量的值,以减少对于内存的访问次数。另外,如何根据机器硬件执行指令的特点(如流水线、RISC、CISC、VLIW等)而对指令进行一些调整使目标代码比较短,执行的效率比较高,也是一个重要的研究课题。
     
    经过优化得到的汇编代码必须经过汇编程序的汇编转换成相应的机器指令,方可能被机器执行。
     
    4.汇编过程
     
    汇编过程实际上指把汇编语言代码翻译成目标机器指令的过程。对于被翻译系统处理的每一个C语言源程序,都将最终经过这一处理而得到相应的目标文件。目标文件中所存放的也就是与源程序等效的目标的机器语言代码。
     
    目标文件由段组成。通常一个目标文件中至少有两个段:
     
    代码段  该段中所包含的主要是程序的指令。该段一般是可读和可执行的,但一般却不可写。
     
    数据段  主要存放程序中要用到的各种全局变量或静态的数据。一般数据段都是可读,可写,可执行的。
     
    UNIX环境下主要有三种类型的目标文件:
     
    (1)可重定位文件  其中包含有适合于其它目标文件链接来创建一个可执行的或者共享的目标文件的代码和数据。
     
    (2)共享的目标文件  这种文件存放了适合于在两种上下文里链接的代码和数据。第一种事链接程序可把它与其它可重定位文件及共享的目标文件一起处理来创建另一个目标文件;第二种是动态链接程序将它与另一个可执行文件及其它的共享目标文件结合到一起,创建一个进程映象。
     
    (3)可执行文件 它包含了一个可以被操作系统创建一个进程来执行之的文件。
     
    汇编程序生成的实际上是第一种类型的目标文件。对于后两种还需要其他的一些处理方能得到,这个就是链接程序的工作了。
     
    5.链接程序
     
    由汇编程序生成的目标文件并不能立即就被执行,其中可能还有许多没有解决的问题。例如,某个源文件中的函数可能引用了另一个源文件中定义的某个符号(如变量或者函数调用等);在程序中可能调用了某个库文件中的函数,等等。所有的这些问题,都需要经链接程序的处理方能得以解决。
     
    链接程序的主要工作就是将有关的目标文件彼此相连接,也即将在一个文件中引用的符号同该符号在另外一个文件中的定义连接起来,使得所有的这些目标文件成为一个能够诶操作系统装入执行的统一整体。
     
    根据开发人员指定的同库函数的链接方式的不同,链接处理可分为两种:
     
    (1)静态链接 在这种链接方式下,函数的代码将从其所在地静态链接库中被拷贝到最终的可执行程序中。这样该程序在被执行时这些代码将被装入到该进程的虚拟地址空间中。静态链接库实际上是一个目标文件的集合,其中的每个文件含有库中的一个或者一组相关函数的代码。
     
    (2)动态链接  在此种方式下,函数的代码被放到称作是动态链接库或共享对象的某个目标文件中。链接程序此时所作的只是在最终的可执行程序中记录下共享对象的名字以及其它少量的登记信息。在此可执行文件被执行时,动态链接库的全部内容将被映射到运行时相应进程的虚地址空间。动态链接程序将根据可执行程序中记录的信息找到相应的函数代码。
     
    对于可执行文件中的函数调用,可分别采用动态链接或静态链接的方法。使用动态链接能够使最终的可执行文件比较短小,并且当共享对象被多个进程使用时能节约一些内存,因为在内存中只需要保存一份此共享对象的代码。但并不是使用动态链接就一定比使用静态链接要优越。在某些情况下动态链接可能带来一些性能上损害。
     
    经过上述五个过程,C源程序就最终被转换成可执行文件了。缺省情况下这个可执行文件的名字被命名为a.out。

    本文出自http://lavasoft.blog.51cto.com/62575/187229

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  • 编译编译程序读取源程序(字符流),对之进行词法和语法的分析,将高级语言指令转换为功能等效的汇编代码,再由汇编程序转换为机器语言,并且按照操作系统对可执行文件格式的要求链接生成可执行程序。 C...

    编译,编译程序读取源程序(字符流),对之进行词法和语法的分析,将高级语言指令转换为功能等效的汇编代码,再由汇编程序转换为机器语言,并且按照操作系统对可执行文件格式的要求链接生成可执行程序。


    C源程序头文件-->预编译处理(cpp)-->编译程序本身-->优化程序-->汇编程序-->链接程序-->可执行文件

    1.编译预处理
    读取c源程序,对其中的伪指令(以#开头的指令)和特殊符号进行处理
    伪指令主要包括以下四个方面
    (1) 宏定义指 令,如#define Name TokenString,#undef等。对于前一个伪指令,预编译所要做的是将程序中的所有Name用TokenString替换,但作为字符串常量的 Name则不被替换。对于后者,则将取消对某个宏的定义,使以后该串的出现不再被替换。

    (2)条件编译指令,如#ifdef,#ifndef,#else,#elif,#endif,等等。这些伪指令的引入使得程序员可以通过定义不同的宏来决定编译程序对哪些代码进行处理。预编译程序将根据有关的文件,将那些不必要的代码过滤掉

    (3) 头文件包含指令,如#include "FileName"或者#include <FileName>等。在头文件中一般用伪指令#define定义了大量的宏(最常见的是字符常量),同时包含有各种外部符号的声明。采用 头文件的目的主要是为了使某些定义可以供多个不同的C源程序使用。因为在需要用到这些定义的C源程序中,只需加上一条#include语句即可,而不必再 在此文件中将这些定义重复一遍。预编译程序将把头文件中的定义统统都加入到它所产生的输出文件中,以供编译程序对之进行处理。

    包 含到c源 程序中的头文件可以是系统提供的,这些头文件一般被放在/usr/include目录下。在程序中#include它们要使用尖括号(< >)。另外开发人员也可以定义自己的头文件,这些文件一般与c源程序放在同一目录下,此时在#include中要用双引号("")。

    (4)特殊符号,预编译程序可以识别一些特殊的符号。例如在源程序中出现的LINE标识将被解释为当前行号(十进制数),FILE则被解释为当前被编译的C源程序的名称。预编译程序对于在源程序中出现的这些串将用合适的值进行替换。


    预编译程序所完成的基本上是对源程序的“替代”工作。经过此种替代,生成一个没有宏定义、没有条件编译指令、没有特殊符号的输出文件。这个文件的含义同没有经过预处理的源文件是相同的,但内容有所不同。下一步,此输出文件将作为编译程序的输出而被翻译成为机器指令。
    2.编译阶段

    经 过预编译得到的输出文件中,将只有常量。如数字、字符串、变量的定义,以及C语言的关键字,如main,if,else,for,while,{,}, +,-,*,\,等等。预编译程序所要作得工作就是通过词法分析和语法分析,在确认所有的指令都符合语法规则之后,将其翻译成等价的中间代码表示或汇编代 码。
    3.优化阶段
    优化处理是编译系统中一项比较艰 深的技术。它涉及到的问题不仅同编译技术本身有关,而且同机器的硬件环境也有很大的关系。优化一部分是对中间代码的优化。 这种优化不依赖于具体的计算机。另一种优化则主要针对目标代码的生成而进行的。上图中,我们将优化阶段放在编译程序的后面,这是一种比较笼统的表示。

    对于前一种优化,主要的工作是删除公共表达式、循环优化(代码外提、强度削弱、变换循环控制条件、已知量的合并等)、复写传播,以及无用赋值的删除,等等。

    后 一种类型的优化同机器的硬件结构密切相关,最主要的是考虑是如何充分利用机器的各个硬件寄存器存放的有关变量的值,以减少对于内存的访问次数。另外,如何 根据机器硬件执行指令的特点(如流水线、RISC、CISC、VLIW等)而对指令进行一些调整使目标代码比较短,执行的效率比较高,也是一个重要的研究 课题。

    经过优化得到的汇编代码必须经过汇编程序的汇编转换成相应的机器指令,方可能被机器执行。
    4.汇编过程

    汇编过程实际上指把汇编语言代码翻译成目标机器指令的过程。对于被翻译系统处理的每一个C语言源程序,都将最终经过这一处理而得到相应的目标文件。目标文件中所存放的也就是与源程序等效的目标的机器语言代码。

    目标文件由段组成。通常一个目标文件中至少有两个段:

    代码段  该段中所包含的主要是程序的指令。该段一般是可读和可执行的,但一般却不可写。

    数据段  主要存放程序中要用到的各种全局变量或静态的数据。一般数据段都是可读,可写,可执行的。

    UNIX环境下主要有三种类型的目标文件:

    (1)可重定位文件  其中包含有适合于其它目标文件链接来创建一个可执行的或者共享的目标文件的代码和数据。

    (2)共享的目标文件  这种文件存放了适合于在两种上下文里链接的代码和数据。第一种事链接程序可把它与其它可重定位文件及共享的目标文件一起处理来创建另一个目标文件;第二种是动态链接程序将它与另一个可执行文件及其它的共享目标文件结合到一起,创建一个进程映象。

    (3)可执行文件   它包含了一个可以被操作系统创建一个进程来执行之的文件。

    汇编程序生成的实际上是第一种类型的目标文件。对于后两种还需要其他的一些处理方能得到,这个就是链接程序的工作了。

    5.链接程序

    由 汇编程序生成的目标文件并不能立即就被执行,其中可能还有许多没有解决的问题。例如,某个源文件中的函数可能引用了另一个 源文件中定义的某个符号(如变量或者函数调用等);在程序中可能调用了某个库文件中的函数,等等。所有的这些问题,都需要经链接程序的处理方能得以解决。

    链接程序的主要工作就是将有关的目标文件彼此相连接,也即将在一个文件中引用的符号同该符号在另外一个文件中的定义连接起来,使得所有的这些目标文件成为一个能够诶操作系统装入执行的统一整体。

    根据开发人员指定的同库函数的链接方式的不同,链接处理可分为两种:

    (1)静态链接 在这种链接方式下,函数的代码将从其所在地静态链接库中被拷贝到最终的可执行程序中。这样该程序在被执行时这些代码将被装入到该进程的虚拟地址空间中。静态链接库实际上是一个目标文件的集合,其中的每个文件含有库中的一个或者一组相关函数的代码。

    (2) 动态链接  在此种方式下,函数的代码被放到称作是动态链接库或共享对象的某个目标文件中。链接程序此时所作的只是在最终的可执行程序中记录下共享对象的 名字以及其它少量的登记信息。在此可执行文件被执行时,动态链接库的全部内容将被映射到运行时相应进程的虚地址空间。动态链接程序将根据可执行程序中记录 的信息找到相应的函数代码。

    对于可执行文 件中的函数调用,可分别采用动态链接或静态链接的方法。使用动态链接能够使最终的可执行文件比较 短小,并且当共享对象被多个进程使用时能节约一些内存,因为在内存中只需要保存一份此共享对象的代码。但并不是使用动态链接就一定比使用静态链接要优越。 在某些情况下动态链接可能带来一些性能上损害。
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