【C语言】 程序员的自我修养之(程序编译过程

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在ANSI C(标准C)的任何一种实现中，存在两个不同的环境。

  • 第1种是翻译环境，在这个环境中源代码被转换为可执行的机器指令。
  • 第2种是执行环境，它用于实际执行代码。

今天我们就讲解他们在这环境过程都做了什么。

文章目录

  • 详解编译+链接
    • 翻译环境
    • 编译本身也分为几个阶段
    • 总结
  • 运行环境

详解编译+链接

翻译环境

程序的编译大概过程
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在VS编译上一个项目中可能存在多个.c.h的源文件，他们都会单独经过编译器(cl.exe)生成自己的目标文件(.obj).在经过链接器(link.exe)和链接库生成 可执行程序（.exe）

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  • 组成一个程序的每个源文件通过编译过程分别转换成目标代码（object code）。
  • 每个目标文件由链接器（linker）捆绑在一起，形成一个单一而完整的可执行程序。
  • 链接器同时也会引入标准C函数库中任何被该程序所用到的函数，而且它可以搜索程序员个人的程序库，将其需要的函数也链接到程序中。

编译本身也分为几个阶段

接下来我们就讲解编译环境如何一步一步形成我们的可执行程序的

VS是一个集成开发环境，集成很多的功能
ctrl+F5
不方便观察每个细节的功能
接下来，我使用这个vscode gcc编译器给大家演示

编译本身也分为几个阶段
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(test.c) 源文件 -> 翻译环境 -> test.exe -> 可执行程序
而翻译环境分为几个两个阶段

  1. 编译（编译器）
    而编译又划分3个阶段
  1. 预编译
  2. 编译
  3. 汇编
  1. 链接 （链接器）
    合并段表
    符号表的合并和重定位

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那我们接下来看看预编译会发生什么事情;

  1. 输入gcc test.c -E (打开预编译) -o test,i (-o输出到test.i)上
    在这里插入图片描述
    此时tesri.i存放的是指向这些数据（这些数据好像我们都不认识）其实这是我们# include<stdio.h>头文件的展开在这里插入图片描述> 我们划到最后看此时放的是我们自己写的代码在这里插入图片描述

此时我们发现预处理阶段会把我们的头文件展开

  1. 我们在次修改下代码
    在这里插入图片描述
  • 我们再次打开预处理gcc test.c -E (打开预编译) -o test,i (-o输出到test.i)。 我们划到最后再看下代码在这里插入图片描述
    我们发现#define和注释都不见了，define给代替了

所以我们预处理处理的事情是

  1. 头文件的包含
    #include
  2. 注释的删除
  3. #define 定义的符号的替换

在预处理阶段很多事情都与预处理的指令相关。
比如:
#define
#include
#pragmapack

那我们再看看编译阶段会发生什么：

  1. 输入gcc -S test.c 这时候我们会生成一个test.S的文件,该文件就是编译文件
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    我们打开test.S放的是什么
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    test.S 放的是汇编指令
  • 编译时我们会把C语言代码转换成汇编指令
    其实更细的说在这编译期间转换成汇编指令期间，还会处理
    1 语法分析
    2 词法分析
    3 语义分析
    4 符号汇总

那汇编译阶段又会发生什么：

输入gcc -c test.c 此时会生成一个（test.o）文件，目标文件
vs是生成为.obj文件
gcc是生成.o文件
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  • 此时我们想看test.o文件，会发现该文件无法打开
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    因为此时已经把汇编代码转换成二进制的指令了，并且还会形成符号表
  • 链接时会 合并段表，符号表的合并和重定位
  • 汇编译阶段时会形成符号表

那他们有什么关系呢 图解：
符号汇总-> 形成符号表 -> 符号表的合并和重定位 -> 可执行程序
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重定符号表又有什么用呢？其实很好理解

比如把add.c文件的add函数删掉，重定符号表时还会取到下面那个Add 0x000 无效地址，真正在链接时找这个函数时就会报错。
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你只是在声明这个函数，但是这个函数地址并没有真实存在

其实 合并段表，形成符号表，符号表的合并和重定位,他重新为链接期间这个跨源文件的代码进行协作时候在做铺垫

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总结

  1. 预处理 选项 gcc -E test.c -o test.i
    预处理完成之后就停下来，预处理之后产生的结果都放在test.i文件中。
  2. 编译 选项 gcc -S test.c
    编译完成之后就停下来，结果保存在test.s中。
  3. 汇编 gcc -c test.c
    汇编完成之后就停下来，结果保存在test.o中。

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运行环境

程序执行的过程：

  1. 程序必须载入内存中。在有操作系统的环境中：一般这个由操作系统完成。在独立的环境中，程序
    的载入必须由手工安排，也可能是通过可执行代码置入只读内存来完成。
  2. 程序的执行便开始。接着便调用main函数。
  3. 开始执行程序代码。这个时候程序将使用一个运行时堆栈（stack），存储函数的局部变量和返回
    地址。程序同时也可以使用静态（static）内存，存储于静态内存中的变量在程序的整个执行过程
    一直保留他们的值。
  4. 终止程序。正常终止main函数；也有可能是意外终止。

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