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  • C语言编译链接详解(通俗易懂,深入本质) 我们平时所说的程序,是指双击后就可以直接运行的程序,这样的程序被称为可执行程序(Executable Program)。在 Windows 下,可执行程序的后缀有.exe和.com(其中.exe...

    C语言编译和链接详解(通俗易懂,深入本质)

    我们平时所说的程序,是指双击后就可以直接运行的程序,这样的程序被称为可执行程序(Executable Program)。在 Windows 下,可执行程序的后缀有.exe和.com(其中.exe比较常见);在类 UNIX 系统(Linux、Mac OS 等)下,可执行程序没有特定的后缀,系统根据文件的头部信息来判断是否是可执行程序。

    可执行程序的内部是一系列计算机指令和数据的集合,它们都是二进制形式的,CPU 可以直接识别,毫无障碍;但是对于程序员,它们非常晦涩,难以记忆和使用。

    例如,在屏幕上输出“VIP会员”,C语言的写法为:

    puts("VIP会员");
    

    二进制的写法为:在这里插入图片描述
    你感受一下,直接使用二进制是不是想撞墙,是不是受到一吨重的伤害?
    在计算机发展的初期,程序员就是使用这样的二进制指令来编写程序的,那个拓荒的年代还没有编程语言。
    直接使用二进制指令编程对程序员来说简直是噩梦,尤其是当程序比较大的时候,不但编写麻烦,需要频繁查询指令手册,而且除错会异常苦恼,要直接面对一堆二进制数据,让人眼花缭乱。另外,用二进制指令编程步骤繁琐,要考虑各种边界情况和底层问题,开发效率十分低下。

    这就倒逼程序员开发出了编程语言,提高自己的生产力,例如汇编、C语言、C++、Java、Python、Go语言等,都是在逐步提高开发效率。至此,编程终于不再是只有极客能做的事情了,不了解计算机的读者经过一定的训练也可以编写出有模有样的程序。

    编译(Compile)

    C语言代码由固定的词汇按照固定的格式组织起来,简单直观,程序员容易识别和理解,但是对于CPU,C语言代码就是天书,根本不认识,CPU只认识几百个二进制形式的指令。这就需要一个工具,将C语言代码转换成CPU能够识别的二进制指令,也就是将代码加工成 .exe 程序的格式;这个工具是一个特殊的软件,叫做编译器(Compiler)。

    编译器能够识别代码中的词汇、句子以及各种特定的格式,并将他们转换成计算机能够识别的二进制形式,这个过程称为编译(Compile)。

    编译也可以理解为“翻译”,类似于将中文翻译成英文、将英文翻译成象形文字,它是一个复杂的过程,大致包括词法分析、语法分析、语义分析、性能优化、生成可执行文件五个步骤,期间涉及到复杂的算法和硬件架构。对于学计算机或者软件的大学生,“编译原理”是一门专业课程,有兴趣的读者请自行阅读《编译原理》一书,这里我们不再展开讲解。
    注意:不了解编译原理并不影响我们学习C语言,我也不建议初学者去钻研编译原理,贪多嚼不烂,不要把自己绕进去。
    C语言的编译器有很多种,不同的平台下有不同的编译器,例如:
    Windows 下常用的是微软开发的 Visual C++,它被集成在 Visual Studio 中,一般不单独使用;
    Linux 下常用的是 GUN 组织开发的 GCC,很多 Linux 发行版都自带 GCC;
    Mac 下常用的是 LLVM/Clang,它被集成在 Xcode 中(Xcode 以前集成的是 GCC,后来由于 GCC 的不配合才改为 LLVM/Clang,LLVM/Clang 的性能比 GCC 更加强大)。

    你的代码语法正确与否,编译器说了才算,我们学习C语言,从某种意义上说就是学习如何使用编译器。

    编译器可以 100% 保证你的代码从语法上讲是正确的,因为哪怕有一点小小的错误,编译也不能通过,编译器会告诉你哪里错了,便于你的更改。

    链接(Link)

    C语言代码经过编译以后,并没有生成最终的可执行文件(.exe 文件),而是生成了一种叫做目标文件(Object File)的中间文件(或者说临时文件)。目标文件也是二进制形式的,它和可执行文件的格式是一样的。对于 Visual C++,目标文件的后缀是.obj;对于 GCC,目标文件的后缀是.o。

    目标文件经过链接(Link)以后才能变成可执行文件。既然目标文件和可执行文件的格式是一样的,为什么还要再链接一次呢,直接作为可执行文件不行吗?

    不行的!因为编译只是将我们自己写的代码变成了二进制形式,它还需要和系统组件(比如标准库、动态链接库等)结合起来,这些组件都是程序运行所必须的。

    链接(Link)其实就是一个“打包”的过程,它将所有二进制形式的目标文件和系统组件组合成一个可执行文件。完成链接的过程也需要一个特殊的软件,叫做链接器(Linker)。

    随着我们学习的深入,我们编写的代码越来越多,最终需要将它们分散到多个源文件中,编译器每次只能编译一个源文件,生成一个目标文件,这个时候,链接器除了将目标文件和系统组件组合起来,还需要将编译器生成的多个目标文件组合起来。

    再次强调,编译是针对一个源文件的,有多少个源文件就需要编译多少次,就会生成多少个目标文件。

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  • c语言编译原理

    2020-11-16 23:23:54
    我们平时写的c代码,就是以.c为后缀的文件,就叫源文件,要经过编译链接之后才能成为可执行的exe文件。我们来看看是怎么进行的呢。 笔者用的两款IDE,一个叫Dev C++,一个是vs2015,我们来看看他们是怎么实现编译...

    我们平时写的c代码,就是以.c为后缀的文件,就叫源文件,要经过编译链接之后才能成为可执行的exe文件。我们来看看是怎么进行的呢。
    在这里插入图片描述

    笔者用的两款IDE,一个叫Dev C++,一个是vs2015,我们来看看他们是怎么实现编译链接的。
    Dev C++:在这里插入图片描述
    这个IDE用的编译器是GCC,ok,我们来看一下他的安装路径,在这里插入图片描述
    可以看到在这个目录里有gcc的exe程序,Dev C++就是通过这个东西来编译的。我们可以配置一下环境变量,直接通过gcc命令来编译我们的源文件。在这里插入图片描述
    之所以要配置环境变量,是因为我们当我们配置了环境变量后,就可以在cmd中直接使用这个目录下的程序了,环境变量的作用就是当在cmd中输入一些命令后,先去你的这个目录中寻找。
    接下来,我们创建一个源文件,在其位置按住shift右击,打开powershell窗口,这样我们就不用切换位置了;然后输入gcc x.c在这里插入图片描述
    会发现在这个目录里生成了一个exe文件,输入路径就可以运行了在这里插入图片描述
    其实这个IDE在生成exe的过程中还有一个过程,他会先将源文件编译成目标文件(以.obj结尾的文件),在经过链接从而生成exe文件,只不过它在这个过程中把obj文件删除了。gcc这个命令包含了编译和链接。

    来看看vs:vs用的编译器叫cl,如图在这里插入图片描述
    我们也可以像上面一样配置环境变量,但是vs这个强大的IDE为我们提供了强大的手动编译的工具,不需要我们在配置了
    在这里插入图片描述
    我们先把位置调到我们要测试的地方
    在这里插入图片描述
    输入cl x.c
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    这个命令包含了编译和链接,我们也可以分开来进行。
    先用cl /c a.c
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    再用link 在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    vs的底层也是先编译在链接的。
    但这两个工具的编译器是不一样的。
    下面我们在来说个事,我们知道在源文件中会有预处理文件,那这个东西到底是怎么用的呢,下面我们来干一件事,一切就明了了。
    在这里插入图片描述
    右击stdio.h打开文档,把里面的代码copy到#include<stdio.h>的位置上
    在这里插入图片描述
    运行,你会发现和没替换之前是一样的。

    ok,我们来总结一下,在我们点击开始执行时,编译器首先会先把你的预处理用他的.h文件替换,然后开始编译了,生成一个obj的文件,这个东西就是计算机可以看懂的文件了,之后在将这个obj文件和其他一些文件链接起来,比如启动文件(不同的系统启动文件不一样),依赖的一些库文件等,生成可执行文件.exe

    以上是笔者经实践得出个结论,如果有什么错误请指出来,感激不尽!!!

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  • C语言编译原理

    2014-06-19 15:34:26
    C语言编译过程很有趣,从预处理,编译,汇编,链接,每一步都很重要,但是很少人关注这些。这是我自己总结的,希望能帮到大家!
  • C语言编译链接过程详解

    千次阅读 2018-08-04 11:43:31
    我们将对C语言的这种处理过程称为编译链接编译就是把文本形式源代码翻译为机器语言形式的目标文件过程。 链接是把目标文件、操作系统的启动代码和用到的库文件进行组织最终形成可执行代码的过程。编译链接...

    学过C语言的人都应该知道,我们所编辑的C语言程序是不能直接放到机器上运行的,它只不过是一个带".c"后缀的文件(也称为源代码)而已,需要经过一定的处理才能转换成机器上可运行的可执行文件。我们将对C语言的这种处理过程称为编译与链接。

    编译就是把文本形式源代码翻译为机器语言形式的目标文件过程。

    链接是把目标文件、操作系统的启动代码和用到的库文件进行组织最终形成可执行代码的过程。编译和链接的过程图解如下:

    161005463.jpg

    从图上可知,整个代码的编译过程分为编译和链接两个过程,其中编译对应图中的大括号括起来部分,其余则为链接过程。

     

    其中编译过程又分为两个阶段:编译和汇编。

    编译是读取源程序(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,源文件的编译过程主要包含两个阶段:

    第一个阶段是:预处理阶段,在正式的编译阶段之前进行。预处理阶段将根据已放置的文件中的预处理指令来修改源文件的内容。如#include指令就是一个预处理指令,他把文件的内容添加到.cpp文件中。这个在编译之前修改源文件的方式提供了很大的灵活性,以适应不同的计算机和操作系统环境的限制。一个环境所需要的可执行代码跟另一个环境所需要的可执行代码可能有所不同,因为可用的硬件体系结构和操作系统不同所致。在许多情况下(特别是在嵌入式开发中),可以把用于不同环境的代码放在同一个文件中,再在预处理阶段修改代码,使之适应环境。

    预处理阶段主要是以下几方面的处理:

    1)、宏定义指令,如#define、M a;

    对于这种伪指令,预编译所要做的是将程序中的所有M用a来替换,一定要注意作为字符常量a则不被替换(因为已经是常量,其值已经是确定的)。与之相对应的还有#undef,则是将取消对某个宏的定义,使之在后面出现时再不被替换。

    2)、条件编译指令,如#ifdef、 #ifndef、#else、#elif、#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程序对哪些代码进行处理。换言而之也就是预编译程序将根据有关的文件,将哪些不必要的代码过滤掉。

    3)、头文件包含指令,如#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),同时包含各种外部符号的声明。采用头文件的主要目的是为了使某些定义可以供多个不同的C源程序使用。因为当需要使用到这些定义的C源程序中,只需要加上一条#include语句即可,而不必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定义统统加入到它所产生的输出文件中,以供编译程序对之处理。在linux操作系统中包含到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。在程序中使用它们,#include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中要使用""。

    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标识符将被解释为当前行号(十进制),FILE则被解释为当前被编译的C源程序的文件名称,FUNCTION则被解释为当前被编译的C源程序中的函数名称。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,这些常常是配套使用,用来进行对程序的调试。

    最后需要着重强调一点的是预处理阶段并不属于预编译过程,这经常是初学者容易搞错的。

    预编译程序所完成的基本上是对源程序的"替换"工作。经过此替换后,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。

    第二个阶段是:编译、优化,经过预编译得到的输出文件中只有常量,一般都是一些指令。

    编译程序所要做的工作就是通过词法分析和语法分析,在确认所有指令都是符合语法规则之后,将其翻译成等价的中间代码表示或汇编代码。

    优化处理是编译系统中一项比较复杂高深的技术。它涉及到的问题不仅同编译技术有关,而且跟机器的硬件环境也有关。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,这种优化与硬件环境有莫大的关系。

    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、强度消弱、变换循环控制条件、已知量的合并等)、复写传播及无用赋值的删去等等。

    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(要知道内存资源对于计算机至关重要,控制好它可以大幅提高计算机的运算速度)。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。

     

    汇编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:代码段和数据段;

    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。第一种是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。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。

     

    链接过程是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按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(没有将函数部分拷贝),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,例如移植性将大大降低。
    我们在linux使用的gcc编译器便是把以上的几个过程进行捆绑,使用户只使用一次命令就把编译工作完成,这的确方便了编译工作,但为了初学者了解编译过程,下图便给出了gcc代理的编译过程:

    224935190.jpg

    从上图可以看到:
    a、预编译
    将.c 文件转化成 .i文件
    使用的gcc命令是:gcc –E
    对应于预处理命令cpp

     

     

    b、编译
    将.c/.h文件转换成.s文件
    使用的gcc命令是:gcc –S
    对应于编译命令 cc –S

    c、汇编
    将.s 文件转化成 .o文件
    使用的gcc 命令是:gcc –c
    对应于汇编命令是 as

    d、链接
    将.o文件转化成可执行程序
    使用的gcc 命令是: gcc
    对应于链接命令是 ld

     

    总结起来编译过程就上面的四个过程:预编译、编译、汇编、链接。了解了这四个过程中所做的工作,对我们理解头文件、库等的工作过程是有帮助的,而且清楚的了解编译链接过程还对我们在编程时定位错误,以及编程时尽量调动编译器的检测错误会有很大的帮助的。

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    致读者:

    提到“编译原理”,大部分人的首要反应就是苦恼。确实,编译原理这一部分的内容在计算机学习中是比较难以理解的一部分。首次接触编译原理,我也感觉很复杂,难以理解。但是当看过几次之后,对于一些简单知识点的理解就有点眉目了。在这里就将有点眉目的知识写一下。

    编译原理:

    要了解编译原理,首先,我们一起来来看看一个程序具体的编译过程吧。

    综上可见:

    ● 组成一个程序的每个源文件通过编译过程分别转换为目标代码。

    ● 每个目标文件由链接器捆绑在一起,同时引入标准C函数库中任何被该程序所用到的函数,当然也可以搜索到个人工作目录路径下的库函数。

    详解---编译+链接:

    了解了整个程序编译过程后,然后我们就来看一个源文件如何具体被编译成目标可执行文件的吧。

    综上可知:

    程序在运行过程中要经过两个环境:翻译环境,执行环境。

    翻译环境:源代码转换为机器指令。

    执行环境:用于实际执行代码。

    编译具体步骤如下:

    综上可知;一个源文件经过编译过程也是相当复杂的,其中涉及的几个步骤:

    结合linux系统叙述:

    1.预处理 选项 gcc -E test.c -o test.c

    预处理完成就停下来,产生结果放在test.i文件中。

    2.编译 选项 gcc -S test.c

    编译完成之后就停下来,结果保存在test.s中。

    3.编译 gcc -C test.c

    汇编完成之后就停下来,结果保存在test.o中。

    运行环境:

    程序执行过程:

    ● 程序必须载入内存中。在有操作系统的环境中:一般此过程由操作系统完成。独立环境中,程序载入必须手工完成,也可能通过可执行代码置入只读内存来完成。

    ● 程序的执行便开始。接着调用main()函数。

    ● 开始执行程序代码。这个时候程序将使用一个运行时堆栈,存储函数的局部变量,函数参数,返回数据和返回的地址。同时也可以使用静态内存,存储于静态内存中的变量在程序的整个运行过程中一直保留它们的值。

    ● 终止程序。正常终止main函数,也可能会中途意外终止。

     

    以上简单介绍程序编译过程,如有不正之处,欢迎各位来跟小编一起讨论!

    参考博客:https://blog.csdn.net/hgyan25/article/details/79789788

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空空如也

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