C程序的編譯鏈接過(guò)程

1、C程序的編譯鏈接過(guò)程編譯，編譯程序讀取源程序（字符流），對(duì)之進(jìn)行詞法和語(yǔ)法的分析，將高級(jí)語(yǔ)言指令 轉(zhuǎn)換為功能等效的匯編代碼，再由匯編程序轉(zhuǎn)換為機(jī)器語(yǔ)言，并且按照操作系統(tǒng)對(duì)可執(zhí)行 文件格式的要求鏈接生成可執(zhí)行程序。C源程序頭文件一一 預(yù)編譯處理（cpp）編譯程序本身一一 優(yōu)化程序一一 匯編程 序一一鏈接程序- 可執(zhí)行文件編譯預(yù)處理讀取c源程序，對(duì)其中的偽指令（以#開(kāi)頭的指令）和特殊符號(hào)進(jìn)行處理析偽指令主要包括以下四個(gè)方面（1）宏定義指令，如#define Name TokenString,#undef等。對(duì)于前一個(gè)偽指令，預(yù) 編譯所要做的是將程序中的所有Ne用TokenString替換，但作為字

2、符串常量的Name則不 被替換。對(duì)于后者，則將取消對(duì)某個(gè)宏的定義，使以后該串的出現(xiàn)不再被替換。（2）條件編譯指令，如#ifdef,#ifndef,#else,#elif,#endif，等等。這些偽指令的引 入使得程序員可以通過(guò)定義不同的宏來(lái)決定編譯程序?qū)δ男┐a進(jìn)行處理。預(yù)編譯程序?qū)?根據(jù)有關(guān)的文件，將那些不必要的代碼過(guò)濾掉（3）頭文件包含指令，如#include FileName或者#include FileName等。在頭文 件中一般用偽指令#define定義了大量的宏（最常見(jiàn)的是字符常量），同時(shí)包含有各種外部 符號(hào)的聲明。采用頭文件的目的主要是為了使某些定義可以供多個(gè)不同的。源程序使用。

3、因 為在需要用到這些定義的C源程序中，只需加上一 條#include語(yǔ)句即可，而不必再在此文件 中將這些定義重復(fù)一遍。預(yù)編譯程序?qū)杨^文件中的定義統(tǒng)統(tǒng)都加入到它所產(chǎn)生的輸出文 件中，以供編譯程序?qū)χM(jìn)行處理。包含到c源程序中的頭文件可以是系統(tǒng)提供的，這些頭文件一般被放在/usr/include目 錄下。在程序中#include它們要使用尖括號(hào)（）。另外開(kāi)發(fā)人員也可以定義自己的頭文件， 這些文件一般與c源程序放在同一目錄下，此時(shí)在#includ e中要用雙引號(hào)（）。（4）特殊符號(hào)，預(yù)編譯程序可以識(shí)別一些特殊的符號(hào)。例如在源程序中出現(xiàn)的LINEB 識(shí)將被解釋為當(dāng)前行號(hào)（十進(jìn)制數(shù)），F(xiàn)ILE則被解釋

4、為當(dāng)前被編譯的C源程序的名稱(chēng)。預(yù)編 譯程序?qū)τ谠谠闯绦蛑谐霈F(xiàn)的這些串將用合適的值進(jìn)行替換。預(yù)編譯程序所完成的基本上是對(duì)源程序的“替代”工作。經(jīng)過(guò)此種替代，生成一 個(gè)沒(méi)有宏定義、沒(méi)有條件編譯指令、沒(méi)有特殊符號(hào)的輸出文件。這個(gè)文件的含義同沒(méi)有經(jīng) 過(guò)預(yù)處理的源文件是相同的，但內(nèi)容有所不同。下一步，此輸出文件將作為編譯程序的輸 出而被翻譯成為機(jī)器指令。編譯階段經(jīng)過(guò)預(yù)編譯得到的輸出文件中，將只有常量。如數(shù)字、字符串、變量的定義，以 及C語(yǔ)言的關(guān)鍵字，如main,if,else,for,while, +,-,*,，等等。預(yù)編譯程序所要作得工作就是通過(guò)詞法分析和語(yǔ)法分析，在確認(rèn)所有的指令都符合語(yǔ)法規(guī)則之后，

5、將其翻譯 成等價(jià)的中間代碼表示或匯編代碼。優(yōu)化階段優(yōu)化處理是編譯系統(tǒng)中一項(xiàng)比較艱深的技術(shù)。它涉及到的問(wèn)題不僅同編譯技術(shù)本 身有關(guān)，而且同機(jī)器的硬件環(huán)境也有很大的關(guān)系。優(yōu)化一部分是對(duì)中間代碼的優(yōu)化。這種 優(yōu)化不依賴(lài)于具體的計(jì)算機(jī)。另一種優(yōu)化則主要針對(duì)目標(biāo)代碼的生成而進(jìn)行的。上圖中， 我們將優(yōu)化階段放在編譯程序的后面，這是一種比較籠統(tǒng)的表示。對(duì)于前一種優(yōu)化，主要的工作是刪除公共表達(dá)式、循環(huán)優(yōu)化（代碼外提、強(qiáng)度削 弱、變換循環(huán)控制條件、已知量的合并等）、復(fù)寫(xiě)傳播，以及無(wú)用賦值的刪除，等等。后一種類(lèi)型的優(yōu)化同機(jī)器的硬件結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，最主要的是考慮是如何充分利用機(jī)器 的各個(gè)硬件寄存器存放的有關(guān)變量的值，

6、以減少對(duì)于內(nèi)存的訪問(wèn)次數(shù)。另外，如何根據(jù)機(jī) 器硬件執(zhí)行指令的特點(diǎn)（如流水線、RISC、CISC、VLIW等）而對(duì)指令進(jìn)行一些調(diào)整使目標(biāo) 代碼比較短，執(zhí)行的效率比較高，也是一個(gè)重要的研究課題。經(jīng)過(guò)優(yōu)化得到的匯編代碼必須經(jīng)過(guò)匯編程序的匯編轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的機(jī)器指令，方可能被 機(jī)器執(zhí)行。匯編過(guò)程匯編過(guò)程實(shí)際上指把匯編語(yǔ)言代碼翻譯成目標(biāo)機(jī)器指令的過(guò)程。對(duì)于被翻譯系統(tǒng)處理 的每一個(gè)C語(yǔ)言源程序，都將最終經(jīng)過(guò)這一處理而得到相應(yīng)的目標(biāo)文件。目標(biāo)文件中所存放 的也就是與源程序等效的目標(biāo)的機(jī)器語(yǔ)言代碼。目標(biāo)文件由段組成。通常一個(gè)目標(biāo)文件中至少有兩個(gè)段：代碼段該段中所包含的主要是程序的指令。該段一般是可讀和可執(zhí)行的，但

7、一般卻不 可寫(xiě)。數(shù)據(jù)段主要存放程序中要用到的各種全局變量或靜態(tài)的數(shù)據(jù)。一般數(shù)據(jù)段都是可讀， 可寫(xiě)，可執(zhí)行的。UNIX環(huán)境下主要有三種類(lèi)型的目標(biāo)文件：（1）可重定位文件其中包含有適合于其它目標(biāo)文件鏈接來(lái)創(chuàng)建一個(gè)可執(zhí)行的或者共 享的目標(biāo)文件的代碼和數(shù)據(jù)。（2）共享的目標(biāo)文件這種文件存放了適合于在兩種上下文里鏈接的代碼和數(shù)據(jù)。第 一種事鏈接程序可把它與其它可重定位文件及共享的目標(biāo)文件一起處理來(lái)創(chuàng)建另一個(gè)目標(biāo) 文件；第二種是動(dòng)態(tài)鏈接程序?qū)⑺c另一個(gè)可執(zhí)行文件及其它的共享目標(biāo)文件結(jié)合到一起， 創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程映象。（3）可執(zhí)行文件它包含了一個(gè)可以被操作系統(tǒng)創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程來(lái)執(zhí)行之的文件。匯編程序生成的實(shí)際上是第

8、一種類(lèi)型的目標(biāo)文件。對(duì)于后兩種還需要其他的一些處理 方能得到，這個(gè)就是鏈接程序的工作了。鏈接程序由匯編程序生成的目標(biāo)文件并不能立即就被執(zhí)行，其中可能還有許多沒(méi)有解決的問(wèn)題。 例如，某個(gè)源文件中的函數(shù)可能引用了另一個(gè)源文件中定義的某個(gè)符號(hào)（如變量或者函數(shù) 調(diào)用等）；在程序中可能調(diào)用了某個(gè)庫(kù)文件中的函數(shù)，等等。所有的這些問(wèn)題，都需要經(jīng)鏈 接程序的處理方能得以解決。鏈接程序的主要工作就是將有關(guān)的目標(biāo)文件彼此相連接，也即將在一個(gè)文件中引用的 符號(hào)同該符號(hào)在另外一個(gè)文件中的定義連接起來(lái)，使得所有的這些目標(biāo)文件成為一個(gè)能夠 誒操作系統(tǒng)裝入執(zhí)行的統(tǒng)一整體。根據(jù)開(kāi)發(fā)人員指定的同庫(kù)函數(shù)的鏈接方式的不同，鏈接處理

9、可分為兩種：（1）靜態(tài)鏈接在這種鏈接方式下，函數(shù)的代碼將從其所在地靜態(tài)鏈接庫(kù)中被拷貝到 最終的可執(zhí)行程序中。這樣該程序在被執(zhí)行時(shí)這些代碼將被裝入到該進(jìn)程的虛擬地址空間 中。靜態(tài)鏈接庫(kù)實(shí)際上是一個(gè)目標(biāo)文件的集合，其中的每個(gè)文件含有庫(kù)中的一個(gè)或者一組 相關(guān)函數(shù)的代碼。（2）動(dòng)態(tài)鏈接在此種方式下，函數(shù)的代碼被放到稱(chēng)作是動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)或共享對(duì)象的某個(gè) 目標(biāo)文件中。鏈接程序此時(shí)所作的只是在最終的可執(zhí)行程序中記錄下共享對(duì)象的名字以及 其它少量的登記信息。在此可執(zhí)行文件被執(zhí)行時(shí)，動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的全部?jī)?nèi)容將被映射到運(yùn)行 時(shí)相應(yīng)進(jìn)程的虛地址空間。動(dòng)態(tài)鏈接程序?qū)⒏鶕?jù)可執(zhí)行程序中記錄的信息找到相應(yīng)的函數(shù) 代碼。對(duì)于可執(zhí)行文件中的函數(shù)調(diào)用，可分別采用動(dòng)態(tài)鏈接或靜態(tài)鏈接的方法。使用動(dòng)態(tài)鏈 接能夠使最終的可執(zhí)行文件比較短小，并且