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前言：
在ANSI C的任何一种实现中，存在两种不同的环境，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，将磁盘中的可执行文件装载到内存中，CPU才能通过总线读取内存中的指令，才能真正执行程序；本文重点阐述程序的翻译坏境；
前置知识回顾
宏
#define 机制包括了一个规定，允许把参数替换到文本中，这种实现通常称为宏（macro）或定义宏（define macro）；命名习惯： 宏名全部大写
//宏的声明:
#define name( parament-list ) stuff
//其中的 parament-list 是一个由逗号隔开的符号表，它们可能出现在stuff中;
//注意:参数列表的左括号必须和宏名name紧邻;
//如果宏名与参数列表之间有任何空白存在,参数列表就会被解释为stuff的一部分;宏定义常量
# define ROW 10 //宏定义整型常量
# define PI 3.14 //宏定义浮点型常量
# define STR "hello world" //宏定义字符串
int main()
{
printf("%d %f %s\n", ROW, PI, STR);
return 0;
}
宏定义语句
# define PRINTF printf("Hello Linux!\n");
int main()
{
int i = 10;
PRINTF;
return 0;
}运行结果：
宏定义函数
宏可以接收参数且不用指定参数类型；
# define ADD(x,y) ((x)+(y))
int main()
{
int m = 10;
int n = 10;
float d1 = 4.5;
float d2 = 5.5;
printf("%d\n", ADD(m,n));
printf("%f\n", ADD(d1, d2));
return 0;
}运行结果：
条件编译
编译程序时使用条件编译指令选择性的将一条语句/一组语句编译或者放弃；
//常见的条件编译指令
#if： 如果条件为真，则执行相应的操作;
#elif: 类似于else if的用法，当前面条件为假，再判断该条件是否为真，如果是真，则执行相应操作;
#else: 如果前面所有条件均为假，则执行相应操作;
#ifdef: 如果该宏已定义，则执行相应操作;
#ifndef: 如果该宏没有定义，则执行相应操作;
#endif : 结束对应的条件编译指令(不能省略);
应用场景
# define VERSION1 1
//# define VERSION2 2
int main()
{
#ifdef VERSION1
printf("Hello Version1.0\n");
#elif VERSION2
printf("Hello Version2.0\n")
#else
printf("Hello Free Version");
#endif
return 0;
}运行结果：
//# define VERSION1 1
//# define VERSION2 2
int main()
{
#ifdef VERSION1
printf("Hello Version1.0\n");
#elif VERSION2
printf("Hello Version2.0\n")
#else
printf("Hello Free Version\n");
#endif
return 0;
}运行结果：
编译过程概览
将一个.c文件翻译为可执行文件，需要经过预编译（prepressing) 、编译（compliation）、汇编（assernbly）、链接（linking）四个阶段；
预编译阶段
- 头文件展开
- 去掉注释
- 宏替换
- 条件编译
//vim编辑器编写test.c文件
# include <stdio.h>
# define M 100
int main()
{
printf("%d\n",M);
//printf("hello Linux!\n");
//printf("hello Linux!\n");
//printf("hello Linux!\n");
printf("hello world!\n");
return 0;
}
Linux环境使用选项 gcc -E test.c -o test.i
此条语句的含义为从现在开始进行程序的翻译过程，当预处理结束时，停止程序的翻译过程；
上图生成test.i文件，使用vim编辑器打开test.i文件；
注释被删除掉，宏定义的M被替换为100，使用选项 vim /usr/include/stdio.h 打开c标准库对比发现头文件被替换；
使用vim编辑器编写code.c代码，code.c代码使用条件编译指令；
//vim编辑器编写code.c代码
# define VERSION1 1
//# define VERSION2 2
int main()
{
#ifdef VERSION1
printf("Hello Version1.0\n");
#elif VERSION2
printf("Hello Version2.0\n")
#else
printf("Hello Free Version\n");
#endif
return 0;
}
编译阶段
1. 词法分析：词法分析器处理test.i文件，将字符串切割成一个个记号(mark)；
例如：sum=a+b；会产生五个记号："sum" "=" "a" "+" "b"
2. 语法分析：语法分析器将产生的记号组织成一个个表达式，以表达式为节点，生成一颗语法树；
3. 语义分析：语义分析器处理声明以及数据类型、给语法树的节点赋予数据类型；
4. 中间代码：根据语法树生成中间代码，以上的步骤是硬件平台无关的，而中间代码之后的处理则需要根据程序运行的硬件平台来决定；
5. 代码生成器：代码生成器将中间代码转换成对应硬件平台的汇编代码test.s；
Linux环境使用选项 gcc -S test.c -o test.s
此条语句的含义为从现在开始进行程序的翻译过程，当编译结束时，停止程序的翻译过程；
汇编阶段
汇编器：汇编器根据 汇编指令与机器指令的对照表 将汇编代码翻译成机器指令，生成目标文件test.o；
目标文件由若干个段（section）组成，每个段中存放不同的内容；
目标文件中的基本段类型：文件头、代码段、数据段、bss段、常量段、段表、符号表、重定位表；
文件头：文件头位于目标文件开始位置，它定义了elf魔数，目标文件的属性、运行的软硬件平台、程序入口地址、段表的位置及长度、段的数量；
代码段：存放 机器指令；
数据段: 存放 已经初始化的全局变量以及静态变量；
常量段：存放 字符串常量以及被const修饰的变量；
bss段： 存放 未初始化的全局变量以及静态变量所占用的内存大小；
段表： 记录了目标文件中所有段的地址以及属性（读写or可执行）等信息；
符号表：记录与程序相关的所有符号（如变量、函数名），变量或者函数所对应的地址和属性；
重定位表：重定位表用于指示需要进行重定位的指令或数据，记录了位置信息、长度以及对应的符号引用；
Linux环境使用选项 gcc -c test.c -o test.s
此条语句的含义为从现在开始进行程序的翻译过程，当汇编结束时，停止程序的翻译过程；
链接阶段
链接器：合并输入的.o文件、确定符号内存地址、进行符号重定位，输出可执行文件；
Linux环境使用选项 gcc test.c -o test.exe
