c语言编译系统内部的工作原理

程序生命周期概述

一个程序的生命周期可以被分成四个部分：

  • 创建
  • 编译
  • 运行
  • 退出

以一个简单的 helloworld.c 程序为例：

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#include<stdio.h>
int main()
{
	printf("hello world!");
    return 0;
}

编译的详细过程

通过这条命令

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gcc -o helloworld helloworld.c

即可完成对 helloworld.c 的编译，生成可执行程序 hello

这是我们最常使用的编译手段（gcc）

看似很简单，一个命令就能把源码编译成了可执行程序。

实际上，编译的过程可以细分为四个步骤

  • 预处理（Pre-processor）（cpp）

  • 编译（Compiler）（ccl）

  • 汇编（Assembler）（as）

  • 链接（Linker）（ld）

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预处理

预处理器会根据以#开头的代码段，来修改原始程序

如：helloworld.c 程序中引入头文件——stdio.h
预处理器会读取其中的内容，将其中的内容直接插入到源程序中，最终得到另外一个c程序

经过预处理器处理后得到的文件通常以 .i 结尾

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编译

经过词法分析、语法分析、语义分析、优化等步骤，把c语言程序翻译成汇编程序

对于编译阶段，c语言文件 helloworld.i 经过编译得到输出文件 helloworld.s

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汇编

汇编器根据指令集 将汇编程序 helloworld.s 翻译成机器指令，并且把这一系列的机器指令按照固定的规则进行打包

汇编语言文件 helloworld.s 经过汇编后得到 可重定位目标文件helloworld.o

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此时，helloworld.o 虽然是一个二进制文件，但是还不能执行

链接

编译器负责把多个可重定位目标文件根据一定规则进行合并

在 helloworld.c 这个程序中，我们调用了 printf 函数（标准c库中的函数），这个 printf 函数在名为 printf.o 的文件中（一个提前编译好的目标文件）

链接器负责把 helloworld.o 和 printf.o 进行合并

最终，经过链接得到可执行文件 helloworld ，此时得到的 helloworld 文件就可以被加载到内存中去执行了

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