編譯器的工作過程

2021-08-08 15:44:30 字數 3101 閱讀 6782

本文主要針對gcc編譯器,也就是針對c和c++,不一定適用於其他語言的編譯。

原作者

原始碼要執行,必須先轉成二進位制的機器碼

#include 

int main(void)

確定編譯引數的步驟,就叫做」配置」(configure)。

為什麼確定編譯引數?

編譯器在開始工作之前,需要知道當前的系統環境

標準庫在**

軟體的安裝位置在**

需要安裝哪些元件

怎麼配置

配置資訊儲存在乙個配置檔案之中,叫做configure的指令碼檔案,由autoconf工具生成的。編譯器通過執行這個指令碼,獲知編譯引數。

原始碼肯定會用到標準庫函式(standard library)和標頭檔案(header),存放在系統的任意目錄

編譯器從配置檔案中知道標準庫和標頭檔案的位置

原始碼檔案之間往往存在依賴關係,編譯器需要確定編譯的先後順序

編譯順序儲存在乙個叫做makefile的檔案中

makefile

儲存編譯順序–>列出哪個檔案先編譯,哪個檔案後編譯

由configure指令碼執行生成–>為什麼編譯時configure必須首先執行的原因

不同的原始碼檔案,可能引用同乙個標頭檔案(比如stdio.h)

編譯的時候,標頭檔案也必須一起編譯

編譯器會在編譯原始碼之前,先編譯標頭檔案—>保證了標頭檔案只需編譯一次

宣告巨集的#define命令,就不會被預編譯。

預編譯完成後,編譯器就開始替換掉原始碼中bash的標頭檔案和巨集

例如:

extern

intfputs(const

char *, file *);

extern file *stdout;

int main(void)

有所忽略,只擷取了fputs和file的宣告

上面**的標頭檔案沒有經過預編譯,而實際上,插入原始碼的是預編譯後的結果。編譯器在這一步還會移除注釋。

完成之後,就要開始真正的處理了。

預處理之後,編譯器就開始生成機器碼

某些編譯器來說,還存在乙個中間步驟,會先把原始碼轉為彙編碼(assembly)然後再把彙編碼轉為機器碼

.file   "test.c"

.section .rodata

.lc0:

.string

"hello, world!\n"

.text

.globl main

.type main, @function

main:

.lfb0:

.cfi_startproc

pushq %rbp

.cfi_def_cfa_offset 16

.cfi_offset 6, -16

movq %rsp, %rbp

.cfi_def_cfa_register 6

movq stdout(%rip), %rax

movq %rax, %rcx

movl $14, %edx

movl $1, %esi

movl $.lc0, %edi

call fwrite

movl $0, %eax

popq %rbp

.cfi_def_cfa 7, 8

ret.cfi_endproc

.lfe0:

.size main, .-main

.ident "gcc: (debian 4.9.1-19) 4.9.1"

.section .note.gnu-stack,"",@progbits

種轉碼後的檔案稱為物件檔案(object file)

編譯器在記憶體中生成了可執行檔案

物件檔案還不能執行,必須進一步轉成可執行檔案

轉碼結果,會發現其中引用了stdout函式和fwrite函式

程式要正常執行,還必須有stdout和fwrite這兩個函式的**,c語言的標準庫提供

編譯器的下一步工作,就是把外部函式的**(通常是字尾名為.lib和.a的檔案),新增到可執行檔案中。這就叫做連線(linking)。

這種通過拷貝,將外部函式庫新增到可執行檔案的方式,叫做靜態連線,後文會提到還有動態連線(dynamic linking)

make命令的作用,就是從第四步標頭檔案預編譯開始,一直到做完這一步。連線是在記憶體中進行的,編譯器在記憶體中生成了可執行檔案

下一步,必須將可執行檔案儲存到使用者事先指定的安裝目錄

這一步還必須完成建立目錄儲存檔案設定許可權等步驟。這整個的儲存過程就稱為"安裝"(installation)。

開發者可以在編譯階段選擇可執行檔案連線外部函式庫的方式,到底是靜態連線(編譯時連線),還是動態連線(執行時連線)

靜態連線

就是把外部函式庫,拷貝到可執行檔案中

好處是:

適用範圍比較廣,不用擔心使用者機器缺少某個庫檔案

缺點是:

安裝包會比較大,而且多個應用程式之間,無法共享庫檔案

動態連線

外部函式庫不進入安裝包,只在執行時動態引用

好處是:

安裝包會比較小,多個應用程式可以共享庫檔案

缺點是:

使用者必須事先安裝好庫檔案,而且版本和安裝位置都必須符合要求,否則就不能正常執行。

現實中,大部分軟體採用動態連線,共享庫檔案。這種動態共享的庫檔案,linux平台是字尾名為.so的檔案,windows平台是.dll檔案,mac平台是.dylib檔案。

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