从预处理到链接

Posted 2021-10-22 Aline2021-yxz

旨在理解从预处理到链接的过程，不会涉及很底层的东西

• 预处理
• 编译
• 汇编
• 链接

预处理

预处理阶段由预编译器参与，主要做了这些事情：

• 头文件的包含，将被包含文件插入到#include的位置，因为文件中可能还包含其他文件，所以这个过程是递归进行的；
• 宏定义的替换，将所有使用到宏的地方用宏内容替换，并且删掉宏定义；
• 条件编译，处理所有条件编译指令，如 #else，#if等等；
• 注释的删除，删掉所有注释

//预处理阶段做的事情是不归属于编译器的，由独立的预处理器进行。

编译

编译是核心，大部分工作都在编译阶段完成，也是本文的重点
编译从整体上看好像就做了一件事：将源代码转换为汇编代码；
为什么需要编译？
因为机器只看的懂0和1组成的序列，只有通过这一过程产生汇编代码，再通过汇编就可以转换为机器语言

但其实编译又可以分为如下六个步骤：

• 扫描
• 语法分析
• 语义分析
• 源代码优化
• 目标代码生成
• 目标代码优化

扫描：将源代码输入到一个扫描器中，扫描器会有一个算法，将源代码字符序列转换为各种记号

• 关键字
• 标识符，放到符号表里面
• 特殊符号
• 字面值(常量))，放到文字表里面
  这里的符号表和文字表都是一种数据结构。

语法分析：每个语言都有自己的语法，相应的编译器在语法分析的时候就是按照语言的语法进行分析，因为上一步扫描生成了很多记号，再这里会通过一种算法使用这些记号构建一颗语法树，如果出现语法错误就会报错，例如：括号不匹配，括号使用错了等等。

语义分析：语法正确不一定有意义，例如指针相乘。语义分析会进行类型检查，比如float给int变量赋值，需要进行隐式类型转换，那么在语义分析这里就会进行，有错误的话会报错，注意：语义分析只会分析在编译期间语义能够确定的表达式。

在介绍下一步骤之前先说一下编译器，编译器通常被分为前端和后端，前端包含源码级优化器，后端包含目标代码生成器和目标代码优化器。

源代码优化：这个过程会将源代码中一些可以简化的东西进行执行，比如：

int c=2+3;

这个例子在源代码优化部分就会将2+3转换为5，源代码得到优化。
我们上面说了，在语法分析的时候会建立一颗树，那么在树上面修改内容是很不方便的，所以会产生中间代码。

目标代码生成：源代码已经是最简，那么就会生成目标代码，例如汇编代码。

目标代码优化：这里优化的主要是寻址方式，删除多余指令，使用位运算代替乘法等等。

注意：编译期间并不会在栈上为变量分配空间，而是指定一套内存使用方案，等到运行的时候才拿出来使用这个方案，才真正的为变量在栈上分配空间。

汇编

汇编做的事情比较简单，就是将编译产生的汇编代码转换为机器可以看懂的01序列，这一步骤不需要对指令由删除什么的，只需要对照汇编表翻译就行了。

链接

链接也是很重要的一部分，主要是将文件和库链接在一起。
实际工程中，可能需要多个源文件，如果我在一个源文件中使用了另一个源文件的函数，如果没有链接，那我就无法找到函数的起始地址，也就call失败了，那程序就无法运行，所以链接也很重要。

本文大多数观点都来源于《程序员自我修养》一书，如果你想深入了解不妨去看看此书。