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C语言图文并茂详解程序编译过程

2022-04-19 14:27:26 作者：清风自在流水潺潺

C语言是一种编译型语言，需要把源文件进行编译之后才能运行，它的编译过程是：预处理：展开头文件、宏替换，去掉注释，条件编译；编译：检查语法，生成汇编；汇编：把生成的汇编文件汇编成机器码；链接：链接到一起生成可执行程序

一、初识编译器

编译器是一个广义的概念，真正的编译器由下面几个模块组成，真正的编译器是进行语法分析和语义分析的。

二、程序被编译的过程

如下，file.i 是中间代码，file.s 是一个汇编文件，file.o 是二进制文件。

预编译

处理所有的注释，以空格代替
将所有的 #define 删除，并且展开所有的宏定义
处理条件编译指令 #if, #ifdef, #elif,#else,#endif
处理 #include，展开被包含的文件
保留编译器需要使用的 #pragma 指令

预处理指令示例：gcc -E file.c -o file.i

编译

对预处理文件进行词法分析，语法分析和语义分析

词法分析：分析关键字，标示符，立即数等是否合法
语法分析：分析表达式是否遵循语法规则
语义分析：在语法分析的基础上进一步分析表达式是否合法

分析结束后进行代码优化生成相应的汇编代码文件

编译指令示例：gcc -S file.i -o file.s

汇编

汇编器将汇编代码转变为机器的可以执行指令
每条汇编语句几乎都对应一条机器指令

汇编指令示例：gcc -c file.s -o file.o

下面看一个源代码单步编译的示例：

demo.h

/*
    This is a header file.
*/
char* p = "Autumn";
 
int i = 0;

demo.c

#include "demo.h"
 
// Begin to define macro
 
#define GREETING "Hello world!"
 
#define INC(x) x++
 
// End
 
int main()
{   
    p = GREETING;
 
    INC(i);
 
    return 0;
 
}

输入 gcc -E demo.c -o demo.i，如下：

然后就生成了 demo.i 文件，如下：

# 1 "demo.c"
# 1 "<built-in>"
# 1 "<command-line>"
# 1 "demo.c"
# 1 "demo.h" 1
# 9 "demo.h"
char* p = "Autumn";
 
int i = 0;
# 2 "demo.c" 2
# 11 "demo.c"
int main()
{
    p = "Hello world!";
 
    i++;
 
    return 0;
}

可以看到注释都没有了， demo.h 文件的全局变量被复制过来，宏也被替换掉了，#开头的信息是给后续编译器使用的。

输入gcc -S demo.i -o demo.s，如下：

然后就生成了 demo.o 文件，如下：

	.file	"demo.c"
.globl p
	.section	.rodata
.LC0:
	.string	"Autumn"
	.data
	.align 4
	.type	p, @object
	.size	p, 4
p:
	.long	.LC0
.globl i
	.bss
	.align 4
	.type	i, @object
	.size	i, 4
i:
	.zero	4
	.section	.rodata
.LC1:
	.string	"Hello world!"
	.text
.globl main
	.type	main, @function
main:
	pushl	%ebp
	movl	%esp, %ebp
	movl	$.LC1, p
	movl	i, %eax
	addl	$1, %eax
	movl	%eax, i
	movl	$0, %eax
	popl	%ebp
	ret
	.size	main, .-main
	.ident	"GCC: (Ubuntu/Linaro 4.4.4-14ubuntu5.1) 4.4.5"
	.section	.note.GNU-stack,"",@progbits

最后输入gcc -c demo.s -o demo.o，如下：