1.从.c文件到可执行文件，其间经历了几步？

高级语言是偏向人，按照人的思维方式设计的，机器对这些可是莫名奇妙，不知所谓。那从高级语言是如何过渡到机器语言的呢？这可是一个漫长的旅途呀！

其中，得经历这样的历程：C源程序－>编译预处理－>编译－>汇编程序－>链接程序－>可执行文件

1.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，预编译所要作得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）加载头文件，如#include"FileName"或者#include<FileName>等。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（""）。

预编译是将.c 文件转化成 .i文件，　　

重定向使用的gcc命令是：gcc –E hello.c >hello.i

在预处理阶段是不做语法检查的。

2.编译阶段 ：

需要进行三个步骤：词法分析、语法分析和语义分析

在linux环境中，输入命令：gcc–s  hello.c  参数c告诉gcc命令只进行编译，不做其他处理。命令运行结束后产生hello.o的目标文件。

3.汇编过程

编译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。

  输入命令：gcc –c hello.c

就会生成hello.o的目标文件。

4.链接过程

链接就是将不同部分的代码和数据收集和组合成为一个单一文件的过程,这个文件可被加载或拷贝到存储器执行.
  链接可以执行与编译时(源代码被翻译成机器代码时),也可以执行与加载时(在程序被   加载器加载到存储器并执行时),甚至执行与运行时,由应用程序来执行.在现代系统中,    链接是由链接器自动执行的.
  链接器分为:静态链接器和动态链接器两种.
（1）.静态链接器
  静态链接器以一组可重定位目标文件和命令行参数作为输入,生成一个完全链接的可以加载和运行的可执行目标文件作为输出.

  静态链接器主要完成两个任务:
  1>符号解析:目标文件定义和引用符号.符号解析的目的在于将每个符号引用和一个符号定义联系起来.
  2>重定位:编译器和汇编器生成从地址零开始的代码和数据节.链接器通过把每个符号定义和一个存储器位置联系起来,然后修改所有对这些符号的引用,使得他们执行这个存储位置,从而重定位这些节.

（2）动态链接器
  共享库是一个目标模块,在运行时,可以加载到任意的存储器地址,并在存储器中和一个程序链接起来.这个过程称为动态链接,是由动态链接器完成的.
  共享库的共享在两个方面有所不同.首先,在任何给定的文件系统中,对于一个库只有一个.so文件.所有引用该库德可执行目标文件共享这个.so文件中的代码和数据,而不是像静态库的内容那样被拷贝和嵌入到引用它们的可执行的文件中.其次,在存储器中,一个共享库的.text只有一个副本可以被不同的正在运行的进程共享。

2.-O1,-O2,-O3为何方神圣，它们是如何优化编译文件的？

(1)首先，她们的真面目是：

-O1 提供基础级别的优化

      -O2提供更加高级的代码优化,会占用更长的编译时间

      -O3提供最高级的代码优化

可以使用-f命令行选项引用每个单独的优化技术。

1， 编译器优化级别1

在优化的第一个级别执行基础代码的优化

这个级别试图执行9种单独的优化功能：

（1）.-fdefer-pop: 这种优化技术与汇编语言代码在函数完成时如何进行操作有关。

（2）.-fmerge-constans: 使用这种优化技术, 编译器试图合并相同的常量.

(3) . -fthread-jumps: 使用这种优化技术与编译器如何处理汇编代码中的条件和非条件分支有关。 在某些情况下, 一条跳转指令可能转移到另一条分支语句。 通过一连串跳转, 编译器确定多个跳转之间的最终目标并且把第一个跳转重新定向到最终目标。

(4).-floop-optimize:通过优化如何生成汇编语言中的循环， 编译器可以在很大程序上提高应用程序的性能。通常, 程序由很多大型且复杂的循环构成。 通过删除在循环内没有改变值的变量赋值操作, 可以减少循环内执行指令的数量, 在很大程度上提高性能。 此外优化那些确定何时离开循环的条件分支，以便减少分支的影响。

(5).-fif-conversion: if-then语句应该是应用程序中仅次于循环的最消耗时间的部分。简单的if-then语句可能在最终的汇编语言代码中产生众多的条件分支。 通过减少或者删除条件分支, 以及使用条件传送 设置标志和使用运算技巧来替换他们, 编译器可以减少if-then语句中花费的时间量。

（6）-fif-conversion2: 这种技术结合更加高级的数学特性， 减少实现if-then语句所需的条件分支。

（7）-fdelayed-branch: 这种技术试图根据指令周期时间重新安排指令。 它还试图把尽可能多的指令移动到条件分支前, 以便最充分的利用处理器的治理缓存。

(8) -fguess-branch-probability:就像其名称所暗示的, 这种技术试图确定条件分支最可能的结果, 并且相应的移动指令, 这和延迟分支技术类似。因为在编译时预测代码的安排，所以使用这一选项两次编译相同的c或者c++代码很可能会产生不同的汇编语言代码，这取决于编译时编译器认为会使用那些分支。

（9）-fcprop-registers: 因为在函数中把寄存器分配给变量, 所以编译器执行第二次检查以便减少调度依赖性(两个段要求使用相同的寄存器)并且删除不必要的寄存器复制操作。

2, 编译器优化级别2

结合了第一个级别的所有优化技术,再加上一下一些优化：

（1）-fforce-mem: 这种优化在任何指令使用变量前, 强制把存放再内存位置中的所有变量都复制到寄存器中。 对于只涉及单一指令的变量, 这样也许不会有很大的优化效果. 但是对于在很多指令(必须数学操作)中都涉及到的变量来说, 这会时很显著的优化, 因为和访问内存中的值相比 ,处理器访问寄存器中的值要快的多。

（2）-foptimize-sibling-calls: 这种技术处理相关的和/或者递归的函数调用。通常,递归的函数调用可以被展开为一系列一般的指令， 而不是使用分支。

（3）-fstrength-reduce: 这种优化技术对循环执行优化并且删除迭代变量。 迭代变量是捆绑到循环计数器的变量, 比如使用变量, 然后使用循环计数器变量执行数学操作的for-next循环。

（4）-fgcse： 这些优化操作试图分析生成的汇编语言代码并且结合通用片段， 消除冗余的代码段。如果代码使用计算性的goto,gcc指令推荐

（5）-fcse-follow-jumps: 这种特别的通用子表达式消除技术扫描跳转指令, 查找程序中通过任何其他途径都不会到达的目标代码。这种情况最常见的例子就式if-then-else语句的else部分。

（6）-frerun-cse-after-loop: 这种技术在对任何循环已经进行过优化之后重新运行通用子表达式消除例程。这样确保在展开循环代码之后更进一步地优化还编代码。

（7）-fdelete-null-pointer-checks: 这种优化技术扫描生成的汇编语言代码, 查找检查空指针的代码。

（8）-fextensive-optimizations: 这种技术执行从编译时的角度来说代价高昂的各种优化技术，但是它可能对运行时的性能产生负面影响。

（9）-fregmove: 编译器试图重新分配mov指令中使用的寄存器, 并且将其作为其他指令操作数, 以便最大化捆绑的寄存器的数量。

（10）-fschedule-insns: 编译器将试图重新安排指令, 以便消除等待数据的处理器。对于在进行浮点运算时有延迟的处理器来说， 这使处理器在等待浮点结果时可以加载其他指令。

（11）-fsched-interblock: 这种技术使编译器能够跨越指令块调度指令。 这可以非常灵活地移动指令以便等待期间完成的工作最大化。

（12）-fcaller-saves: 这个选项指示编译器对函数调用保存和恢复寄存器, 使函数能够访问寄存器值, 而且不必保存和恢复他们。 如果调用多个函数, 这样能够节省时间, 因为只进行一次寄存器的保存和恢复操作, 而不是在每个函数调用中都进行。

（13）-fpeephole2: 这个选项允许进行任何计算机特定的观察孔优化。

（14）-freorder-blocks: 这种优化技术允许重新安排指令块以便改进分支操作和代码局部性。

（15）-fstrict-aliasing: 这种技术强制实行高级语言的严格变量规则。 对于c和c++程序来说, 它确保不在数据类型之间共享变量. 例如, 整数变量不和单精度浮点变量使用相同的内存位置。

(16)-funit-at-a-time:这种优化技术指示编译器在运行优化例程之前读取整个汇编语言代码。这使编译器可以重新安排不消耗大量时间的代码以便优化指令缓存。

(17)-falign-functions:这个选项用于使函数对准内存中特定边界的开始位置。大多数处理器按照页面读取内存，并且确保全部函数代码位于单一内存页面内, 就不需要叫化代码所需的页面。

（18）-fcrossjumping: 这是对跨越跳转的转换代码处理， 以便组合分散在程序各处的相同代码。 这样可以减少代码的长度，但是也许不会对程序性能有直接影响。

 3, 编译器优化级别3

它整合了第一和第二级别中的左右优化技巧, 还包括一下优化:

-finline-functions:这种优化技术不为函数创建单独的汇编语言代码，而是把函数代码包含在调度程序的

代码中。 对于多次被调用的函数来说, 为每次函数调用复制函数代码。 虽然这样对于减少代码长度不利, 但是通过最充分的利用指令缓存代码, 而不是在每次函数调用时进行分支操作, 可以提高性能。

-fweb: 构建用于保存变量的伪寄存器网络。 伪寄存器包含数据, 就像他们是寄存器一样, 但是可以使用各种其他优化技术进行优化, 比如cse和loop优化技术。

-fgcse-after-reload:这中技术在完全重新加载生成的且优化后的汇编语言代码之后执行第二次gcse优化,帮助消除不同优化方式创建的任何冗余段。

c/c++的编译原理

    程序设计语言是向人以及计算机描述计算过程的记号，在程序运行之前，首先需要被翻译成一种能够被计算机执行的形式，完成这项翻译工作的软件称为编译器。

编译器

    一个编译器就是一个可以阅读某一种语言(源语言)编写的程序的程序，并将源程序翻译成一个等价的、用另一种语言(目标语言)编写的程序。编译器的重要任务之一就是报告在翻译过程中发现的源程序中的错误。如果目标程序是一个可以执行的机器语言程序，那么它就可以被用户调用并产生输出。

解释器

    解释器不通过翻译的方式生成目标程序，而是直接利用用户提供的输入执行源程序中指定的操作。

比较

    在将用户输入映射成为输出的过程中，由便以其产生的目标程序通常比解释器快得多。但是解释器的错误诊断效果通常比编译器更好，因为它逐个语句的执行源程序。

Java编译器编译过程

    Java语言的处理器结合编译器和解释器，首先通过编译器将源程序编译成一个称为字节码的中间表示形式。然后由一个虚拟机对得到的字节码加以解释执行。这样做的好处是在一台机器上编译得到的字节码可以在另一台机器上解释执行。通过网络就可以完成机器之间的迁移。

    为更快的完成输入到输出的处理，有些被称为即时编译器的Java编译器在运行中间程序处理输入的前一时刻首先把字节码翻译成机器语言，然后再执行程序。

一个混合编译器

预处理器

    一个源程序可能被分割成多个模块，并存放于独立的文件中。把源程序聚合在一起的任务有时会由一个称为预处理器的程序独立完成。预处理器还负责把那些称为宏的缩写形式转换成为源语言的程序。

汇编器

    编译器一般会产生一个汇编程序作为其输出，该输出由汇编器程序进行处理并生成可重定位的机器代码。

连接器

    大型程序经常会被分成多个部分进行编译，因此，可重定位的机器代码有必要和其他可重定位的目标文件以及库文件连接到一起，形成真正的在机器上运行的代码。一个文件中的代码可能指向另一个文件中的位置，而连接器能够解决外部内存地址的问题。

加载器

    加载器将所有的可执行目标文件放到内存中执行。

一个语言处理系统

C/C++源程序编译过程

    C/C++编译过程将源代码映射为机器码，并讨论其中的内存管理模式，包括内存的分配、使用等，以及整型、数组、指针等机制在内存中的实现方式。

过程：C/C++源程序－>预编译处理(.cpp)－>编译、优化程序（.s、.asm）－>汇编程序(.obj、.o、.a、.ko)－>链接程序（.exe、.elf、.axf）

(1) 预编译：包括将宏定义指令(#define/#undef等)，条件编译指令(#ifdef，#ifndef，#endif等),头文件包含指令(#include "file.h"或#include <file.h>等)，特殊符号转换成源语言的程序；

(2) 编译：将源代码映射为对应的汇编代码；

(3) 汇编：将汇编代码映射为机器码；

(4) 链接：形成相应的动态和静态链接库，动态链接库在程序运行时动态加载，静态链接库直接拷贝进入程序，在程序执行时，静态链接库已经加载进来。

注：

#include<>：这条指令就是告诉编译器去系统默认的路径寻找相关文件。

#include”” ：这条是告诉编译器先去源程序所在目录下寻找，如果没有就去系统默认路径寻找。

静态链接库(*.lib)

    静态链接库中函数和数据被编译成一个二进制文件，VC++编译器链接时将从静态链接库中恢复这些函数和数据，并将它们和应用程序中的其它模块组合在一起生成可执行文件。该过程称为“静态链接”，此时因为应用程序所需要的全部内容都是从库中复制出来，所以静态库本身不需要与可执行文件一起发行。

    在应用中，一些公共代码需要反复使用，就将这些代码便以为“库”文件，在程序链接时，链接器将从库文件中取得所需要的代码，并复制到可执行的文件中。这种库即为静态库，其特点是可执行文件中包含了库代码的一份完整拷贝；缺点是被多次使用就会有多分冗余的拷贝。

    注意：态库在程序的发行时是不需要发布库的， 因为静态链接就是将程序所需的所有程序直接拷贝到程序中来。

动态链接库(*.dll)

    动态链接库，克服了静态链接库需要多次拷贝的缺点，链接器仅仅需要在可执行文件中打上标志，说明需要使用哪些动态链接库，当程序运行时，加载器根据这些标志将所需要的动态链接库加载到内存中。

   注意：动态库，肯定需要将程序的动态库一起发布，这样就可以减少程序的大小。

前言：

在开发项目的时候会经常性的出现各种各样的链接错误。究其原因是因为对C++的编译过程不理解所致。

当深入理解了整个编译的过程，那么所有的问题将迎刃而解。

要点：

1、头文件中使用  #pragma once    //vs一般自动生成

//test.h
#pragma once
//接下来是头文件的内容

2、头文件中使用条件编译#ifndef.......#define......#endif

//test.h
#ifndef xxxxxx    //全局唯一
#define xxxxxx
//头文件内容






#endif

3、头文件只有全局函数声明，不应该有实现。

4、头文件不要定义全局变量，全局变量应该定义到.cpp文件中，在头文件中extern即可。

注意1和2的性质是一样的，二选一即可。

#include的本质是将指定的头文件代码copy到目的文件，这就引发的一系列的问题。

举例说明

例一   

a.h作为公共头文件，b.h包含了a.h，而c.h包含了a.h以及b.h。整个预编译、编译的处理过程如下，

在a.cpp中拷贝a.h的头文件源码并编译临时代码文件生成a.obj（成功）；b.cpp中拷贝了b.h以及a.h的代码编译生成b.obj（成功）；

c.cpp中先拷贝c.h的代码，进一步展开又拷贝了a.h的代码，再拷贝b.h的代码，但是b.h中又包含了a.h，这个时候就

造成冲突了，有两份a.h的代码。当然如果a.h中只是定义了函数声明，那倒不至于编译错误，但是如果a.h中声明了一个类，那么编译将会出现类重定义的情况，导致编译c.obj失败！

处理办法要点1或者要点2。

例二

要点1或要点2能解决类重定义的编译错误，但是无法解决全局变量、全局函数体在头文件实现的链接错误。

同样是例一种的场景，如果a.h中有个全局函数FunctionA，函数体也定义在Function.h中，当然由于我们已经使用的要点1或要点1，那么程序编译通过是没有问题的，不存在重复定义的情况。但是生成的三个.obj文件中每个都包含有FunctionA的实现，链接器不知道用哪一个，所有会出现重复定义的链接错误！头文件定义全局变量也会导致这样的情况。

暂时写到这里，待补充。。。