从源码到可执行文件（那些被隐藏了的过程）

Bertha 。 2022-05-21 04:44 223阅读 0赞

> 本文介绍Linux下如何将高级语言（C/C++）编写的代码编译成二进制可执行文件的过程

## 预处理 ##

### 概述 ###

源文件`file.c`被预编译器`cpp`处理为`file.i`文件的过程

### 终端命令 ###

`gcc -E file.c -o file.i` 或者 `cpp file.c > test.i`

### 处理规则 ###

*  处理所有的条件编译指令
 *  将`#include`递归引入的头文件包含进当前文件
 *  删掉所有的`#define`，替换宏常量，展开所有的宏定义
 *  删掉文件中的注释
 *  保留`#pragma`编译器指令
 *  添加行号和文件名标识，便于编译器产生调试和`error` / `warning`使用的信息

--------------------

## 编译 ##

### 概述 ###

> c -> cc1、c++ -> cclplus、java -> jc1

由预编译编译程序（新版本的gcc将预编译和编译统一交给同一个程序处理）将源文件 / 预处理后的文件进行词法分析、语法分析、语义分析、优化后产生汇编代码文件的过程。

### 终端命令 ###

`gcc -S file.c -o file.s`或者`gcc -S file.i -o file.s`

### 处理规则 ###

##### 词法分析 #####

词法分析器`lex`运用类似**有限状态机**的算法将源码序列分割成一系列**记号**。**记号**可分为：**标识符**、**字面值常量**、**特殊符号**几类。识别的同时，将各类记号分类保存，以备后续使用。

eg:
    	标识符 -> 符号表
    	字面常量 -> 文字表
    	......

##### 语法分析 #####

语法分析器`yacc`将扫描器`lex`产生的记号使用**上下文无关语法**进行语法分析，生成语法树。语法树的节点由表达式构成。

这个过程可以检测出表达式是否合法。eg：

*  括号不匹配
 *  表达式中缺少操作

若不合法，编译器会报告语法分析阶段的错误。

##### 语义分析 #####

语义分析器可以对静态语义进行分析，静态语义即在编译期间能够确定的语义。与之相对的动态语义为运行期间才能够确定的语义。

静态语义包括：声明和类型的匹配，类型的转换等。如果分析过程中出现类似“将浮点型数据赋值给指针”这种无法进行隐式类型转换的类型不匹配错误，编译器就会报错。

语义分析后，整个语法树的节点都被标识了类型，有时还会在树中插入相应的转换节点。

##### 优化 #####

优化分为两个部分：

1.  源代码优化  
    因为直接在语法树上优化比较困难，也没有必要，所以源代码优化器就将语法树转换成中间代码，在这个过程进行一系列的优化。  
    中间代码和机器以及运行时环境无关，所以是可以跨平台的。因为它不会包含数据的尺寸，变量地址以及寄存器名字等。  
    常见的中间代码形式有：**三地址码**和**P-代码**。
2.  目标代码生成和优化  
    代码生成器将中间代码转换成目标机器代码，这个过程十分依赖机器，因为不同的机器具有不同的字长，寄存器，数据类型等。  
    目标代码优化器会使用一系列方法进行优化，例如：合适的寻址方式、使用位移来代替乘除法、删除多余的指令等。

--------------------

## 汇编 ##

### 概述 ###

由汇编器`as`将编译后的代码对照翻译成机器码的过程

### 终端命令 ###

`gcc -c file.c -o file.o`

--------------------

### 链接 ###

> 链接器 collect2。**注意**：colletc2是ld的一层包装

此阶段的工作：

*  合并段表
 *  符号表的合并和重定位
 *  将文件中调用的各种静态库和共享库和当前文件链接在一起，形成可执行文件

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