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发表于 2016-11-1 19:03:45 | 显示全部楼层 |阅读模式

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编译器的工作流程


众所周知,在 CPU 的眼里只有 1 和 0,虽然简单,但它们却构造出了世界上人类最难理解的语言 —— 机器语言。

因此,想要让计算机运行你的代码,你必须将你的源代码“翻译”成 CPU 认识的语言才行。

下边小甲鱼以 GCC 为例,尝试给大家讲下编译器的工作流程!


要将 C 语言翻译成机器语言,简单来说需要两个步骤:编译 -> 链接

111.png

对于 GCC 来说,执行 gcc test.c 命令,其实相当于依次执行下面四个步骤:

  • 预处理(Pre-Processing)-- 对 C 语言进行预处理,生成 test.i 文件
  • 编译(Compiling)-- 将上一步生成的 test.i 文件编译生成汇编语言文件,后缀名为 test.s
  • 汇编(Assembling)-- 将汇编语言文件 test.s 经过汇编,生成目标文件,后缀名为 test.o
  • 链接(Linking)-- 将各个模块的 test.o 文件链接起来,生成最终的可执行文件

注:前三个步骤均属于编译过程。

先敲几行最简单的源代码:

  1. #include <stdio.h>

  2. #define FISHC "FishC.com"

  3. int main(void)
  4. {
  5.         printf("I love %s\n", FISHC); // 打印字符串

  6.         return 0;
  7. }
复制代码


预处理(Pre-Processing)



使用 -E 选项执行预处理命令并停下来,生成后缀为 .i 的预编译文件:

  1. gcc -E test.c -o test.i
复制代码

这时 GCC 将对各种预处理指令(#include、#define 和 #ifdef 这些以“#”开始的代码行)进行处理,并删除注释,添加行号以及文件名标识。

现在代码仍然是源代码文本形态,所以你可以使用 vi test.i 命令打开查看:

搜狗截图20161104023328.png

使用 G 命令跳转到末尾,看到注释被删除了,#define 宏定义也在这里进行了替换:

搜狗截图20161104023805.png


编译(Compiling)



编译就是将预处理完的文件,通过一系列的词法分析、语法分析、语义分析及优化后产生相应的汇编代码文件。

这一步使用 -S 选项来实现:

  1. gcc -S test.i -o test.s
复制代码

同样,使用 vi test.s 命令可以查看转换后的汇编代码:

搜狗截图20161104024646.png


汇编(Assembling)



汇编过程是将汇编代码转换为 CPU 认识的二进制文件,执行到这一步,这叫目标文件。

这一步使用 -c 选项来实现:

  1. gcc -c test.s -o test.o
复制代码

这时候你就无法使用 vi 来打开 test.o 文件了,因为是二进制编码,如果一定要使用文本模式打开的话,也只能是以乱码的形式呈现了:

搜狗截图20161104025119.png

查看二进制文件,正确的打开姿势是使用 xxd test.o 命令:

搜狗截图20161104025621.png


链接(Linking)



我们看到源代码中调用了 printf 函数,但并没有定义 printf 函数的实现过程,这是因为我们知道这是一个 stdio 的标准库函数。虽然在预处理(第一步)中,将 stdio.h 头文件导了进来,但那里边只有 printf 函数的声明而已:

搜狗截图20161104031544.png

从程序员的角度看,函数库实际上就是头文件(.h)和库文件(.so 或 .a)的结合,头文件中声明函数,库文件中定义函数的实现。所以在最后一步的链接,就是把相关的库文件给链接进来(也就是把 printf 的实现代码添加进来)。

注:Linux 下的库文件分为两大类,分别是:动态链接库(通常以 .so 结尾)和静态链接库(通常以 .a 结尾)

执行 gcc test.o -o test 命令,生成最终的可执行文件:

搜狗截图20161104032427.png


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杜安 + 3 感谢楼主无私奉献!

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发表于 2016-11-4 11:37:14 | 显示全部楼层
鱼币多少钱一个啊?
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发表于 2016-11-4 21:21:36 | 显示全部楼层
好文支持~~~~~~~~~
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发表于 2017-1-9 13:43:59 | 显示全部楼层
挺好的
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发表于 2017-2-27 00:28:04 | 显示全部楼层
比书本上的清楚些
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发表于 2017-3-1 21:35:16 | 显示全部楼层
get it
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发表于 2017-4-1 19:44:51 | 显示全部楼层
怎么看鱼币
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发表于 2017-6-26 21:33:10 | 显示全部楼层
鱼币啊啊啊
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发表于 2017-8-13 17:44:12 | 显示全部楼层
666666
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发表于 2017-8-29 10:58:27 | 显示全部楼层
知识比论坛币重要..买了
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发表于 2017-9-11 21:32:14 | 显示全部楼层
支持一下,加油!
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发表于 2018-5-10 16:12:00 | 显示全部楼层
看看。。。。。。
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发表于 2018-5-19 15:11:15 | 显示全部楼层
厉害
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发表于 2018-8-10 12:32:16 | 显示全部楼层
多谢楼主分享!!!
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发表于 2018-8-17 11:49:14 | 显示全部楼层
支持小甲鱼!
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发表于 2018-11-12 19:26:30 | 显示全部楼层
文章很好!
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发表于 2018-12-6 17:12:52 | 显示全部楼层
棒棒的
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发表于 2019-1-31 12:56:19 | 显示全部楼层
sbk100 发表于 2016-11-4 11:37
鱼币多少钱一个啊?

1块3个
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发表于 2019-3-24 02:16:59 | 显示全部楼层
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发表于 2019-7-31 08:13:38 | 显示全部楼层
为小甲鱼点赞,强烈推荐小甲鱼课程能直接在大学课程里普及起来,还省了一批老师了 哈哈哈
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