《讀書筆記》程序員的自我修養之編譯和連接

《讀書筆記》程序員的自我修養之編譯和連接

對於經典的Hello world，程序是如何運行的呢？

#include <stdio.h>

int main()

{

       printf("Hello World\n");

       return 0;

}

對於GCC編譯器，程序運行分爲如下四個過程：

預編譯（Prepressing）--à編譯（Compilation）--à彙編（Assembly）--à連接（Linking）

                    

預編譯

預編譯是將.C文件預編譯成.i文件

$gcc –E hello.c –o hello.i

或

$cpp hello.c > hello.i

注：‘-E’選項表示只進行預編譯；cpp是預編譯器

 

預編譯過程主要處理源代碼文件中的以「#」開始的預編譯指令（「#include」，「#define」等）。主要處理規則以下：

• 把全部的宏展開，刪除全部的「#define」；
• 處理全部的條件編譯（「#if」，「ifdef」，「#elif」，「#else」，「#endif」）；
• 處理「#include」預編譯指令，將被包含的文件插入到該預編譯指令位置；
• 刪除全部註釋「//」和「/* */」；
• 添加行號和文件名標識（這就是爲何程序報錯時會顯示錯誤代碼行號）；
• 保留全部編譯命令#pragma（留給編譯器使用）。

編譯

編譯是整個過程的核心，也是最複雜部分之一。包括詞法分析、語法分析、語義分析、源代碼優化，生成彙編代碼。

編譯過程命令以下：

$gcc –S hello.i –o hello.s

目前的GCC版本將預編譯和編譯過程合二爲一，使用一個叫作ccl的程序來完成這兩個過程。

可直接調用ccl來完成預編譯和編譯過程，以下：

$ /user/lib/gcc/i486–linux–gnu/4.1/ccl hello.c

或者

$gcc –S hello.c –o hello.s

彙編

彙編器（as）是將彙編代碼轉變爲機器可執行的指令（彙編指令和機器指令的對照表一一翻譯）

彙編過程以下：

$as hello.s –o hello.o

或者

$gcc –c hello.s –o hello.o

或者

$gcc –c hello.c –o hello.o

 

連接

連接的過程是連接器（ld）將目標文件（.o文件）變爲可執行文件（.exe）的過程。

連接過程是一個複雜的過程，至關複雜！！！

$ld  -static  crt1.o  crti.o  crtbeginT.o  hello.o  -start-group -lgcc -lgcc_eh -lc-end-group  crtend.o  crtn.o

看了上面的命令，爲何要將一大堆的文件連接起來才能夠獲得可執行文件？？

且看後面的靜態連接與動態連接篇幅。

 

上面分析了一段程序的執行過程，下面具體看看編譯器到底作了什麼工做。

 

編譯過程通常能夠分爲6步：掃描（詞法分析）、語法分析、語義分析、源代碼優化、代碼生成和目標代碼優化。

一、掃描器（Scanner）的任務就是進行簡單的詞法分析，運用一種相似於有限狀態機（Finite State Machine）的算法將源代碼的字符序列分割成一系列的記號（Token）。詞法分析產生的記號通常有如下幾類：關鍵字、標識符、字面量（包含數字、字符串等）和特殊符號（如加號、等號）。掃描的過程由lex程序完成。

二、語法分析器（Grammar Parser）將對由掃描器產生的記號進行語法分析，從而產生語法樹（Syntax Tree）。簡單來說，由語法分析器生成的語法樹就是以表達式（Expression）爲節點的樹。語法分析的過程由yacc工具完成。

三、語義分析由語義分析器（Semantic Analyzer）來完成。

----編譯器所能分析的語義是靜態語義，與之對應的動態語義只有在運行期才能肯定。

----靜態語義一般包括聲明和類型的匹配，類型的轉換。

----通過語義分析後，語法分析生成的語法樹的表達式都被標識了類型，若是有些類型須要隱式轉換，語義分析程序會在語法樹中插入相應的轉換節點。

四、源代碼優化器對源代碼進行優化，但直接在語法樹上做優化比較困難，每每是將整個語法樹轉換成中間代碼進行優化。

中間代碼使得編譯器分爲前端和後端：前端負責產生機器無關的中間代碼；後端負責將中間代碼轉換成目標機器代碼。

五、目標代碼優化器將上述生成的目標機器代碼進行優化，好比選擇合適的尋址方式、使用位移代替乘法運算、刪除多餘的指令等。

 

編譯器忙活了半天，可生成的目標代碼中，咱們還不知道函數訪問所要的目標函數的地址，變量訪問所要的目標變量的地址，這可咋辦呢？？

其實目標函數訪問也好，變量訪問也好，這均可以歸結爲一種方式，就是所謂的模塊間符號的引用。

人們把每一個源代碼模塊獨立地編譯，而後按照須要將它們組裝起來，這個組裝模塊的過程就是「連接」。

連接的主要內容就是把各個模塊之間相互引用的部分處理好，使得各個模塊之間可以正確銜接。

連接過程主要包括地址和空間分配、符號決議和重定位。