C语言---编译和链接

1.翻译环境和运行环境

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（⼆进制指令）。

第2种是执⾏环境，它⽤于实际执⾏代码。

翻译环境就是编译和链接

经过翻译环境的处理生成可执行程序（.exe文件）

可执行程序在运行环境进行运行生成我们想要的结果

2.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。

编译可以分为三个过程：预编译、编译、汇编

每个源文件经过编译器的编译处理生成了对应的.obj文件（目标文件）

每个.c文件经过编译器的编译处理单独生成对应的目标文件

//声明外部函数
extern int add(int x, int y);//我们在add.c文件中写了一个加法函数
//如果要运用的话那么我们要添加对这个函数的声明
int main()
{
    int a = 10;
    int b = 20;
    int c = add(a, b);
    printf("%d\n", c);
    return 0;
}

⼀个C语⾔的项⽬中可能有多个 .c ⽂件⼀起构建，那多个 .c ⽂件如何⽣成可执⾏程序呢？

• 多个.c⽂件单独经过编译器，编译处理⽣成对应的⽬标⽂件。

• 注：在Windows环境下的⽬标⽂件的后缀是 .obj ，Linux环境下⽬标⽂件的后缀是 .o

• 多个⽬标⽂件和链接库⼀起经过链接器处理⽣成最终的可执⾏程序。

• 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

预处理

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 tes.i

E就是预处理之后停下来--完成预处理，在预处理之后咱们就能停下来

-o就是用来指定我们要输出的文件名字

那么我们就能知道预处理阶段干了什么，将头文件中的内容包含起来了

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（#define已经被展开了）。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。

我么要记住预处理阶段要做到的事情就这么几件事情

1.预处理指定的处理（#define 、#include）

2.注释的删除

3.行号、文件名标识、为了方便生成调试信息

以上其实都是文本操作

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

-S就是对刚刚生成的test.i进行处理

让他汇编之后停下来，-o生成一个文件名叫test.s

我们经过编译阶段就生成了汇编代码

这个过程中达到的效果是：

将c语言中的代码转换成汇编代码

在这个阶段做到了 词法分析、语法分析、语义分析及优化这几个步骤

词法分析

对于下面的代码，编译器会进行怎么样的语法分析呢？

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

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：

语法分析

在进行词法分析后，我们再进行语法分析

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。

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。

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

对test.s这个文件进行汇编，生成了一个文件叫test.o

那么总结下来汇编这个阶段就是将汇编代码翻译成二进制的指令（机器指令）

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

我们在add.c中写一个加法函数

在test.c中调用加法函数

我们最后要在这个阶段将两个文件的符号表进行合并

合并之后，在add.c中的加法函数的地址和test.c的地址合并就是add.c中加法函数的地址

在合并的时候我们将有冲突的，不对的，我们重新进行决议，看看最后保留哪个，形成新的符号表

如果想使用这个函数的话，我们要用exteern进行声明引用操作

我们最好对来自外部的变量和函数进行声明，声明就用到了extern

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 gval 的时候必须确切的知道 Add 和 gval 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。

3.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。

1. 程序的执⾏便开始。接着便调⽤main函数。

2. 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。

1. 终⽌程序。正常终⽌main函数；也有可能是意外终⽌。