程序的编译及链接

一、程序的翻译环境和执行环境

1. 一个源代码文件，由翻译环境翻译为 计算机能够直接看懂的 二进制指令（机器指令），即生成可执行程序： 类似 .exe 后缀的文件（不同系统环境下的可执行程序的后缀是不同的）
2. 可执行 程序的运行 实现，就需要 通过运行环境 来实现

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

1. 1 翻译环境

📌

优化_编译_链接

在这一整个过程中，编译器来完成编译操作，链接器来完成链接操作

📌 静态库链接库是什么？

编写C语言代码使用的一些函数，例如: printf scanf 等等， 这些函数，并不属于编写者所自定义的函数。这些函数是由 C 语言默认提供的。这些由 C 语言默认提供的函数，一般都存放在各自的库中：

像以上 LIBC.LIB 、 LIBCMT.LIB 、MSVCRT.LIB 都属于静态库，printf 函数就存在于这三个 静态链接库 中

1.2 翻译详解

以下 均为 Linux平台-GCC编译环境下 的演示效果

1.2.1 预编译

1. 对 头文件的包含、展开
2. 对 注释的删除
3. 对 #define 所宏定义符号的转换

📌

对头文件的包含、展开

Linux 环境下编写简单的一段代码：

#include <stdio.h>        //头文件

int main()
{
printf("Hello World");

return 0;
}

然后用 GCC 编译器对 test.c 文件进行 预处理，并将 预处理 后的文件信息输出至 test.i 文件中：

✔️小知识： gcc -E (源代码文件) 或 gcc (源代码文件) -E 对源代码进行预编译

gcc -E (源代码文件) -o (指定预处理文件)或 gcc (源代码文件) -E -o (指定预处理文件) 对源代码进行 预处理 并输出至指定文件内

可以看到 路径下生成 test.i 文件，最后一部分内容为：

TEST-i

除了最后的几行代码，以上并不是原文件中的代码，并且 原代码文件中#include <stdio.h> 对头文件的包含消失不见

以上的内容与 stdio.h 部分内容做对比：

stdio.h 部分内容：

stdio.h

所以可以肯定，预编译过程中，编译器对源代码进行了 头文件的包含、展开的操作

📌

对注释的删除

在上面两个文件做对比的时候，细心观察可以发现，两个文件所包含的相同的头文件的代码行数是不相同的

再一对比，可以看出 test.i 文件中并没有蓝色的注释部分

说明预编译，对源代码也进行了 删除注释 的操作

还有一个更直观的 展示方法（使用以下代码进行预编译操作）(可以直接再 test.c 文件中添加)：

// 这是头文件的包含
#include <stido.h>
// 这是程序主函数
int main()
{
    // 这是一个 printf 函数
    printf("Hello World")

    // 这是主函数的返回操作
    return 0;
}

对以上代码进行预编译操作，并查看预编译后的文件内容：

GCC-PRE-E-Annotation

同样可以看出，预编译后的代码中，注释内容被删除了，也可以说是被空格替换掉了 所以，预编译过程中，编译器源代码进行了 删除注释 的操作

📌 对 #define 宏定义符号的替换 还是不同的代码，同样的操作 使用以下代码：

#include <stdio.h>

#define 3 THREE  
#define 666 CSDN

int main()
{
int x = THREE;
int y = CSDN;
printf("%d", x * y);

return 0;
}

预编译处理：

test.i 部分内容:

TEST-i-Macro-READ

源代码中的 两句宏定义 语句被删除，函数中使用的宏定义符号 被替换为 原本的数值

可以说明，预编译过程中，编译器对源代码进行了 替换宏定义符号 的操作

1.2.2 编译

📌

✔️小知识： gcc -S (经过预编译的文件) 或 gcc (经过预编译的文件) -S
可以对已经经过预编译的文件进行编译，自动输出到 文件对应的以 .s 为后缀的文件

查看 test.s 的具体内容：

VIM-TEST-S

查看 test.s 的内容不难发现，它的内容都是 汇编代码

所以，预编译之后的编译操作，其实是将 经过预编译的代码 转变为 对应的汇编代码指令

编译的作用就是，把 C语言代码 转变成 相应的汇编代码

编译这个过程的细节一般还会分为:

1. 语法分析
2. 词法分析
3. 语义分析
4. 符号汇总

更加细节的内容不在这里赘述。(以后有机会再详细介绍一下)

1.2.3 汇编

📌

✔️小知识：
gcc -c (经过预编译的文件) 或 gcc (经过预编译的文件) -c (注意此处 -c 中，c 为小写) 可以对汇编代码文件进行汇编操作，将生成的二进制指令 输出到对应的以 .o 为后缀的文件中 .o 后缀的文件，就是 GCC环境 生成的目标文件

查看 .o 目标文件：

TEST-O

所以，汇编操作 是将 汇编代码 转换为 机器指令（二进制指令）。

1.2.4 链接 及 结果

📌

// add.c
int ADD(int x, int y)
{
   return x + y;
}

// sub.c
int SUB(int x, int y) {
   return x - y;
}

// test.c
#include <stdio.h>

extern int ADD(int x, int y);
extern int SUB(int x, int y);

int main()
{
   int x = 100;
   int y = 20;
   int sum = ADD(x, y);
   int dev = SUB(x, y);
   printf("sum = %d\n", sum);
   printf("dev = %d\n", dev);

   return 0;
}

vim：

然后，分别对 add.c 、sub.c、 test.c 三个.c 文件，预编译、编译、汇编：

PROJECT-E-S-c

最终生成对应的：add.o 、sub.o 、test.o

最后对 所有的目标文件 进行链接

（用户不用主动在意静态库，链接器会自动链接）：

PROJECT-LINK

✔️小知识：
gcc (所有的目标文件) 即可将所有目标文件链接在一起，生成可执行程序。 后接 -o (指定程序名) gcc (所有的目标文件) -o (指定程序名) 可生成指定文件名的可执行文件

为了做对比，直接对 add.c 、sub.c 、test.c 进行编译链接

方便进行对比：

PROJECT-GCC

直接编译链接，不指定文件名，生成 a.out 可执行程序 >

分别运行 test 、a.out

PROJECT-RUN

test 、a.out 两程序运行结果相同，说明 拆解过程的编译链接 及 直接的编译链接 结果是一样的

可以说明，一个项目 在翻译环境中的整个过程确实为：

1. 编译 a. 预编译 (删除原代码中的注释、对头文件进行包含.展开、对宏符号进行转换 等) b. 编译 (将 C 语言代码文件 转换为 对应的汇编代码文件) c. 汇编 (将 汇编代码文件 转换为 对应的机器指令文件（目标文件）)
2. 链接 (将 所有目标文件 及 静态库 链接 生成可执行文件)

那么，项目文件从 .c 到 可执行文件的过程 可以简单的详细为：

Pre-More