C/C++程序的（编译，链接）翻译与运行

目录

前言：

1.程序环境

2.翻译环境

3.预处理（预编译）

4.编译

5.汇编

6.链接

7.运行环境

总结：

前言：

本篇来解释c/c++程序的翻译环境与运行环境中的过程，不同的编程语言的翻译环境类似，但是具体步骤可能有所差异，例如编译阶段，c/c++与java中的处理可能就不一样。

1.程序环境

在ANSI C的任何一种实现中，存在两种环境：

翻译环境：在这个环境中源代码被转换为了可执行的机器指令（二进制指令）。

执行环境：它用于实际执行代码。

2.翻译环境

 一个c语言项目可以由多个.c文件构成，那多个.c文件是怎么生成可执行程序的？？？

•  多个.c文件单独经过编译器，编译处理生成了对应的目标文件（在windows下目标文件是.obj，在linux下目标文件为.o）。
• 多个目标文件和链接库一起经过链接器的处理，最终生成了可执行程序。
• 链接库是指运行时库（它是支持程序运行的基本函数集合）或者第三方库。

我们以linux下的gcc为例，将编译器处理拆分为3个过程：

3.预处理（预编译）

预处理（预编译）不同的书籍上叫法不一样，在gcc环境下对一个test.c文件进行预处理：

gcc -E test.c -o test.i

预处理阶段主要处理那些源文件以#开始的预编译指令:

• 将所有的 #define 删除，并展开所有的宏定义，也就是宏替换。

• 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头件也可能包含其他头件，也就是头文件展开。

• 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。

注意：

4.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，语义分析以及优化，生成对应的汇编代码文件。

linux命令，执行翻译环境到编译停止：

gcc -S test.i -o test.s

 假设对下面的代码进行编译时，就会有：

array[index] = (index+4)*(2+6);

先经过词法分析，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），就会得到16个记号：、

例如：array为标识符，[，]分别为左方括号与右方括号，赋值乘加括号等。

接下来就是语法的分析，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：

然后就是语义分析， 

5.汇编

汇编指令：

gcc -c test.s -o test.o

6.链接

#include <stdio.h>
//test.c
//声明外部函数
extern int Add(int x, int y);
//声明外部的全局变量
extern int g_val;
int main()
{
 int a = 10;
 int b = 20;
 int sum = Add(a, b);
 printf("%d\n", sum);
 return 0;
}

int g_val = 2022;
int Add(int x, int y)
{
 return x+y;
}

具体内容可以参考《程序员的自我修养》。

我们只需要知道，在编译阶段，如果没有确定函数的地址，就会在链接阶段再去确定。也就是说当前文件只有声明没有定义，call的时候就没有地址，就需要去链接，链接就需要去符号表（这里的符号表也就是上面提到的）里面找函数的地址；而也有定义的，在编译阶段就能拿到地址，直接call函数的地址就能找到这个函数。

知道这一点，我们再联系一下c++的内联函数就知道：

为什么要在头文件中定义内联函数了（声明定义不分离），因为内联函数不进符号表，所以如果只在头文件声明内联函数，我们在其它文件要调用这个内联函数的时候，编译阶段拿不到地址，然后就会等到链接阶段去符号表里找这个函数的地址，内联函数不进符号表，所以就错了，所以如果要包带有内联函数的头文件，这个内联函数必须要有定义，就是为了让内联函数走不到链接的步骤就找到地址了。

7.运行环境

总结：

程序环境的运行需要结合实际操作，结合所学知识，这样会慢慢的理解的更深，就比如让链接过程的要做的事和内联函数联系到一起，就明白了内联函数为什么要声明和定义不分离，在linux篇中还会加强对此部分的理解。