目錄

翻譯環境和運行環境

翻譯環境

預處理（預編譯）

編譯

詞法分析

語法分析

?語義分析

匯編

鏈接

運行環境

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?翻譯環境和運行環境

在ANSI C的任何?種實現中，存在兩個不同的環境。

• 第1種是翻譯環境，在這個環境中源代碼被轉換為可執行的機器指令。
• 第2種是運行環境，它用于實際執行代碼。

可執行程序中存儲的是二進制指令（機器指令）

?翻譯環境

那翻譯環境是怎么將源代碼轉換為可執行的機器指令的呢？這里我們就得展開開講解?下翻譯環境所做的事情。
其實翻譯環境是由編譯和鏈接兩個大的過程組成的，而編譯?可以分解成：預處理（有些書也叫預編譯）、編譯、匯編三個過程。

?個C語言的項目中可能有多個.c文件?起構建，那多個.c文件如何生成可執行程序呢？

• 多個.c文件單獨經過編譯器，編譯處理生成對應的目標文件（后綴為.obj）。
• 注：在Windows環境下的目標文件的后綴是.obj，Linux環境下目標文件的后綴是.o
• 多個目標文件和鏈接庫?起經過鏈接器處理生成最終的可執行程序。
• 鏈接庫是指運行時庫(它是支持程序運行的基本函數集合)或者第三方庫。
  ?

如果再把編譯器展開成3個過程，那就變成了下面的過程：

🏲預處理（預編譯）

在預處理階段，源文件和頭文件會被處理成為.i為后綴的文件。
在(Linux) gcc 環境下想觀察一下，對 test.c 文件預處理后的.i 文件，命令如下：

• gcc -E test.c -o test.i

預處理階段主要處理那些源文件中#開始的預編譯指令。比如：#include,#define，處理的規則如下：

• 將所有的#define刪除，并展開所有的宏定義。
• 處理所有的條件編譯指令，如： #if、#ifdef、#elif、#else、#endif 。
• 處理#include預編譯指令，將包含的頭文件的內容插入到該預編譯指令的位置。這個過程是遞歸進行的，也就是說被包含的頭文也可能包含其他文件。
• 刪除所有的注釋
• 添加行號和文件名標識，方便后續編譯器生成調試信息等。
• 或保留所有的#pragma的編譯器指令，編譯器后續會使用。

經過預處理后的 .i 文件中不再包含宏定義，因為宏已經被展開（替換）。并且包含的頭文件都被插入到 .i 文件中。所以當我們無法知道宏定義或者頭文件是否包含正確的時候，可以查看預處理后的 .i 文件來確認。

🏲編譯

編譯過程就是將預處理后的文件進行?系列的：詞法分析、語法分析、語義分析及優化，生成相應的匯編代碼文件。
編譯過程的命令如下：

gcc -S test.i -o test.s

對下面代碼進行編譯的時候，會怎么做呢？假設有下面的代碼

array[index] = (index+4)*(2+6);

?詞法分析

將源代碼程序被輸入掃描器，掃描器的任務就是簡單的進行詞法分析，把代碼中的字符分割成?系列的記號（關鍵字、標識符、字?量、特殊字符等）。

array[index] = (index+4)*(2+6);

上面程序進行詞法分析后得到了16個記號：

記號	類型
array	標識符
[	左方括號
index	標識符
]	右方括號
=	賦值
(	左圓括號
index	標識符
+	加號
4	數字
)	右圓括號
*	乘號
(	左圓括號
2	數字
+	加號
6	數字
)	右圓括號

?語法分析

接下來語法分析器，將對掃描產生的記號進行語法分析，從而產生語法樹。這些語法樹是以表達式為節點的樹。

??語義分析

由語義分析器來完成語義分析，即對表達式的語法層?分析。編譯器所能做的分析是語義的靜態分
析。靜態語義分析通常包括聲明和類型的匹配，類型的轉換等。這個階段會報告錯誤的語法信息。

🏲匯編

匯編器是將匯編代碼轉轉變成機器可執行的指令，每?個匯編語句幾乎都對應?條機器指令。就是根據匯編指令和機器指令的對照表??地進行翻譯，翻譯成機器語言（二進制指令），也不做指令優化。
匯編的命令如下：

gcc -c test.s -o test.o

?因為編輯器格式不匹配，所以這些二進制指令展示出來的是亂碼。

🏲鏈接

鏈接是?個復雜的過程，鏈接的時候需要把?堆文件鏈接在?起才生成可執行程序。
鏈接過程主要包括：地址和空間分配，符號決議和重定位等這些步驟。
鏈接解決的是?個項目中多文件、多模塊之間互相調用的問題。
比如：
在?個C的項目中有2個.c文件（ test.c 和?add.c ），代碼如下

test.c 經過編譯器處理生成 test.o?
add.c 經過編譯器處理生成?add.o?
我們在 test.c 的文件中使用了 add.c 文件中的 Add 函數和 g_val 變量。

我們在 test.c 文件中每一次使用?Add 函數和 g_val變量?的時候必須確切的知道 Add 和 g_val 的地址，但是由于每個文件是單獨編譯的，在編譯器編譯 test.c 的時候并不知道 Add 函數和 g_val變量的地址，所以暫時把調用?Add 的指令的目標地址和 g_val 的地址擱置。等待最后鏈接的時候由鏈接器根據引用的符號 Add 在其他模塊中查找 Add 函數的地址，然后將 test.c 中所有引用到Add 的指令重新修正，讓他們的目標地址為真正的 Add 函數的地址，對于全局變量 g_val 也是類似的方法來修正地址。這個地址修正的過程也被叫做：重定位

在編譯階段，每個.c文件都會生成一個符號表，然后在鏈接的時候進行匯總。

?運行環境

1. 程序必須載入內存中。在有操作系統的環境中：?般這個由操作系統完成。在獨立的環境中，程序的載入必須由手動安排，也可能是通過可執行代碼置入只讀內存來完成。
2. 程序的執行便開始。接著便調用main函數。
3. 開始執行程序代碼。這個時候程序將使用?個運行時堆棧（stack），存儲函數的局部變量和返回地址。程序同時也可以使用靜態（static）內存，存儲于靜態內存中的變量在程序的整個執行過程?直保留他們的值。
4. 終止程序。正常終止main函數；也有可能是意外終止。
   ?

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