（C语言）编译和链接
前言=͟͟͞͞💌：对于现在的各种编译器而言许多都是好多个功能的集成，那么我们的代码到底是如何去实现的呢？难道我们的计算机可以直接读懂我们所写的代码，并运行吗？对于很多细心的小伙伴们可能会想这样的问题。这篇文章带大家来了解一下编译和链接。
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在ANSI 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。
下面来详细的给大家介绍一下下面这两种环境。
⚽️一.翻译环境
那翻译环境是怎么将源代码转换为可执⾏的机器指令的呢？这⾥我们就得展开开讲解⼀下翻译环境所 做的事情。
其实翻译环境是由编译和链接两个⼤的过程组成的，⽽编译⼜可以分解成：预处理（有些书也叫预编 译）、编译、汇编三个过程。
如果再把编译器展开成3个过程，那就变成了下⾯的过程：
1.预处理（预编译）
在预处理阶段，源⽂件和头⽂件会被处理成为.i为后缀的⽂件。
在
gcc
环境下想观察⼀下，对
test.c
⽂件预处理后的.i⽂件，命令如下：
gcc -E test.c -o test.i
预处理阶段主要处理那些源⽂件中#开始的预编译指令。⽐如：#include,#define，处理的规则如下：
• 将所有的 #define 删除，并展开所有的宏定义。• 处理所有的条件编译指令，如： #if 、 #ifdef 、 #elif 、 #else 、 #endif 。• 处理#include 预编译指令，将包含的头⽂件的内容插⼊到该预编译指令的位置。这个过程是递归进⾏的，也就是说被包含的头⽂件也可能包含其他⽂件。• 删除所有的注释• 添加⾏号和⽂件名标识，⽅便后续编译器⽣成调试信息等。• 或保留所有的#pragma的编译器指令，编译器后续会使⽤。
经过预处理后的.i⽂件中不再包含宏定义，因为宏已经被展开。并且包含的头⽂件都被插⼊到.i⽂件
中。所以当我们⽆法知道宏定义或者头⽂件是否包含正确的时候，可以查看预处理后的.i⽂件来确认。
2.编译
编译过程就是将预处理后的⽂件进⾏⼀系列的：词法分析、语法分析、语义分析及优化，⽣成相应的 、汇编代码⽂件。
编译过程的命令如下：
gcc -S test.i -o test.s
对下⾯代码进⾏编译的时候，会怎么做呢？假设有下⾯的代码array [index] = (index+ 4 )*( 2 + 6 );
（1）词法分析
将源代码程序被输⼊扫描器，扫描器的任务就是简单的进⾏词法分析，把代码中的字符分割成⼀系列 的记号（关键字、标识符、字⾯量、特殊字符等）。
上⾯程序进⾏词法分析后得到了16个记号：
（2）语法分析
接下来语法分析器，将对扫描产⽣的记号进⾏语法分析，从⽽产⽣语法树。这些语法树是以表达式为 节点的树。
（3）语义分析
由语义分析器来完成语义分析，即对表达式的语法层⾯分析。编译器所能做的分析是语义的静态分
析。静态语义分析通常包括声明和类型的匹配，类型的转换等。这个阶段会报告错误的语法信息。
3.汇编
汇编器是将汇编代码转转变成机器可执⾏的指令，每⼀个汇编语句⼏乎都对应⼀条机器指令。就是根 据汇编指令和机器指令的对照表⼀⼀的进⾏翻译，也不做指令优化。
汇编的命令如下：
gcc -c test.s -o test.o
4.链接
链接是⼀个复杂的过程，链接的时候需要把⼀堆⽂件链接在⼀起才⽣成可执⾏程序。
链接过程主要包括：地址和空间分配，符号决议和重定位等这些步骤。
链接解决的是⼀个项⽬中多⽂件、多模块之间互相调⽤的问题。
我们大部分的错误都是在链接中被查找出来如（使用了未定义的变量，使用了未初始化的变量等）。
我们已经知道，每个源⽂件都是单独经过编译器处理⽣成对应的⽬标⽂件。
test.c
经过编译器处理⽣成
test.o add.c 经过编译器处理⽣成
add.o 我们在 test.c
的⽂件中使⽤了
add.c
⽂件中的
Add
函数和
g_val
变量。我们在 test.c
⽂件中每⼀次使⽤
Add
函数和
g_val
的时候必须确切的知道
Add
和
g_val
的地 址，但是由于每个⽂件是单独编译的，在编译器编译 test.c
的时候并不知道
Add
函数和
g_val 变量的地址，所以暂时把调⽤ Add
的指令的⽬标地址和
g_val
的地址搁置。等待最后链接的时候由 链接器根据引⽤的符号 Add
在其他模块中查找
Add
函数的地址，然后将
test.c
中所有引⽤到Add 的指令重新修正，让他们的⽬标地址为真正的
Add
函数的地址，对于全局变量
g_val
也是类似的⽅法来修正地址。这个地址修正的过程也被叫做：重定位。
🏀二.运行环境
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。
🚦三.结言
我们今天的内容就到此为止了感谢大家的观看！
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