《程序员的自我修养---链接、装载与库》读书笔记（二）编译与链接

谁借莪１个温暖的怀抱￠ 2022-01-09 06:33 226阅读 0赞

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## 文章目录  @\[toc\]  第二章 编译和链接  1. 构建  2. 编译器  3. 链接 ##

## 第二章 编译和链接 ##

#### 1. 构建 ####

1.  构建（Build）：将编译和链接合并到一起执行。例如使用GCC构建出一个程序时可分解为四个步骤：**预处理**（Preprocessing），**编译**（Compilation），**汇编**（Assembly）和**链接**（Linking）。  
    `$ gcc hello.c`  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTE3MjYwMDU_size_16_color_FFFFFF_t_70]
2.  **预处理**（Preprocessing）：主要处理代码文件中的预处理指令。例如删除所有`#define`，展开所有的宏定义；删除所有的注释；添加行号和文件名标识；将`#include`的文件内容展开到该预处理指令的位置等。  
    `$ gcc -E hello.c -o hello.i`
3.  **编译**（Compilation）：将预处理生成的文件进行此词法分析，语法分析，语义分析以及优化后生成对应的汇编代码文件。  
    `$ gcc -S hello.i -o hello.s`
4.  **汇编**（Assembly）：将汇编代码文件转变成机器码，机器可以执行的指令。输出**目标文件**（Object File）。  
    `$ gcc -c hello.s -o hello.o`
5.  **链接**（Linking）：将所有的目标文件链接起来，生成可执行文件。  
    `$ gcc hello.o -o hello -L /usr/include/c++/7.3.0`
6.  gcc命令实际上是一系列编译工具的封装，它会根据参数去调用预编译编译程序cc1(cc1plus)，汇编器as，链接器ld。

#### 2. 编译器 ####

1.  编译器就是一个将高级语言翻译成机器语言的一个工具。**编译过程**可分为六步：词法分析，语法分析，语义分析，源代码优化，代码生成和目标代码生成。  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTE3MjYwMDU_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]
2.  词法分析：将代码文件输入扫描器（Scanner），扫描器把代码分割成一系列记号（Token）。  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTE3MjYwMDU_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]
3.  语法分析：语法分析器（Grammer Parser）将对由扫描器产生的记号进行词法分析，从而产生语法树（Syntax Tree）。语法分析只是语法层面，不去分析这个语句是否有意义。  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTE3MjYwMDU_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]
4.  语义分析：语义分析器（Semantic Analyzer）对语义进行分析，例如声明和类型的匹配，类型的转换等。语义分析后，语法树的表达式都会被标识了类型。  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTE3MjYwMDU_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]
5.  中间语言生成：源码优化器（Source Code Optimizer）将整个语法树转换为中间代码（Intermediate Code）。
6.  目标代码生成与优化：代码生成器（Code Generator）将中间代码转换为机器代码。然后经过目标代码优化器（Target Code Optimizer）进行优化。

#### 3. 链接 ####

1.  链接（Linking）： 每个源码模块独立地编译，然后将它们组装起来，这个组装模块的过程就是链接。链接的主要工作就是把各个模块之间互相引用的部分处理好，使得各个模块之间能够正确衔接。
2.  运行时库（Runtime Library）：支持程序运行的基本函数的集合。
3.  链接过程主要包含了：地址和空间分配（Address and Storage Allocation），符号决议（Symbol Resolution）和重定位（Relocation）等。
4.  重定位（Relocation）：重新计算各个目标地址的过程。
5.  最基本的静态链接过程，将目标文件和库一起链接生成可执行文件。  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTE3MjYwMDU_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]
6.  链接过程和作用举例：main.c中调用了func.c中的foo()函数。编译器在编译main.c的时候并不知道foo()这个函数的地址，暂时将这个地址搁置。链接器在链接的时候，会根据引用的符号foo来找到func.c中的foo()的地址，然后将main.c中所有引用到foo的指令重新修正，让它们的目标地址成为真正foo函数的地址。这个地址修正的过程就是重定位。

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