C語言中程序編譯系統的示例分析

這篇文章主要介紹C語言中程序編譯系統的示例分析，文中介紹的非常詳細，具有一定的參考價值，感興趣的小伙伴們一定要看完！

程序的翻譯環境和執行環境

在ANSI C的任何一種實現中，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種是執行環境 ,它用于實際執行代碼。

一個.c的文件事如何變成.exe的可執行文件的呢？下面這張圖片是一個大概的過程：

編譯和鏈接

翻譯環境

• 組成一個程序的每個源文件通過編譯過程分別轉換成目標代碼( object code )。

• 每個目標文件由鏈接器( linker )捆綁在一 起,形成一個單一-而完整的可執行程序。

• 鏈接器同時也會引入標準C函數庫中任何被該程序所用到的函數,而且它可以搜索程序員個人的程序庫，將其需要的函數也鏈接到程序中。

編譯的幾個階段

接下來，我來用Linux平臺來給大家演示一下編譯的三個過程：

我們先編寫一個簡單C程序：

然后執行這樣一句指令：

gcc test.c

這句指令是讓gcc這個編譯器來編譯我們的代碼，執行完這句指令我們會發現會生成一個a.out這樣一個可執行文件，

我們執行再下面這樣一句指令：

./a.out

這樣我們就可以執行這個可執行文件了，

為了讓大家更好地感受到編譯的過程，我們來一步一步看：

預處理

我們執行再下面這樣一句指令，讓代碼預處理完之后就停下來：

gcc -E test.c -o test.i

這句指令的意思就是把預處理完之后的信息輸出到一個test.i的文件中。

可以發現的是，這里多了一個test,i的文件，我們可以打開看一看：

可以發現的是，有三個點發生了變化：

• 頭文件被展開

• 宏被文本替換了

• 注釋被刪除了

我們對原代碼做一個處理，不包含stdio.h的頭文件，我們自己寫一個頭文件：

再來看一下，預處理后的文件是什么樣子的：

效果通上面一樣。

所以預處理的幾個動作

• 頭文件的包含

• 預處理指令的完成（eg:#define、#pragma…）

• 注釋的刪除

編譯

執行再下面這樣一句指令讓文件進行編譯形成匯編代碼：

gcc -S test.c

執行完之后就可以生產出一個test.s的文件，我們可以打開看一看：

這里其實就是匯編代碼。

所以編譯的幾個動作

• 語法分析

• 詞法分析

• 語義分析

• 符號匯總

符號匯總: 符號匯總的都是全局的符號。例如上面我們的代碼頭文件就匯總了一個Add，.c文件就匯總的一個Add和main。

匯編

接下來我們執行這樣一條指令：

gcc -c test.c

對源文件進行匯編，結果生成了一個test.o的目標文件：

打開這個文件，我們會發現這是一個我們看不懂的二進制文件：

所以其實匯編是把匯編代碼轉換為二進制代碼（機器指令）。

這個過程還做了一件件事——形成符號表

鏈接

鏈接做的兩個事情

• 合并段表

• 符號表的合并和符號表的重定位

在Linux系統下，test.o二進制文件是用一個elf這樣的格式來組織文件的。

elf會把文件組織成一個段。test.o和Add.o都有一個段，那么我們怎樣才能看懂elf格式的文件呢？

我們有這樣一個工具叫做readelf，他可以看懂這樣一個文件，所以我們輸入這樣一條指令：

readelf test.o -a

我們就確實可以看到這樣一個段的存在。

然后這下面還有符號表的匯總：

其實a.out這個文件也是elf格式的，所以其實鏈接就是把這幾個elf格式的文件的段表合并，然后test中的Add函數就有了地址。

運行環境

程序執行的過程：

• 程序必須載入內存中。在有操作系統的環境中：一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工安排，也可能是通過可執行代碼置入只讀內存來完成。

• 程序的執行便開始。接著便調用main函數。

• 開始執行程序代碼。這個時候程序將使用一個運行時堆棧（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一直保留他們的值。

• 終止程序。正常終止main函數；也有可能是意外終止。

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