c編譯器通識(shí)篇，c編譯器之編譯器是如何工作的(下篇)

c編譯器每天都在被使用，但對(duì)c編譯器十分了解的人卻不多，而對(duì)c編譯器編譯過程有所認(rèn)知的朋友更是少之又少。在上篇文章中，小編對(duì)c編譯器的工作過程有所講解。本文中，為繼續(xù)增進(jìn)大家對(duì)c編譯器的講解，將對(duì)編譯器工作過程的余下步驟予以闡述。如果你對(duì)本文即將探討的內(nèi)容存在一定興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀。

本文承接上一篇文章而談，將直接探討編譯工作過程的第四步，如果對(duì)前三步有疑惑的朋友，可以參閱前文。

1.第四步 頭文件的預(yù)編譯(precompilation)

不同的源碼文件，可能引用同一個(gè)頭文件(比如stdio.h)。編譯的時(shí)候，頭文件也必須一起編譯。為了節(jié)省時(shí)間，編譯器會(huì)在編譯源碼之前，先編譯頭文件。這保證了頭文件只需編譯一次，不必每次用到的時(shí)候，都重新編譯了。

不過，并不是頭文件的所有內(nèi)容，都會(huì)被預(yù)編譯。用來聲明宏的#define命令，就不會(huì)被預(yù)編譯。

2.第五步 預(yù)處理(Preprocessing)

預(yù)編譯完成后，編譯器就開始替換掉源碼中bash的頭文件和宏。以本文開頭的那段源碼為例，它包含頭文件stdio.h，替換后的樣子如下。

為了便于閱讀，上面代碼只截取了頭文件中與源碼相關(guān)的那部分，即fputs和FILE的聲明，省略了stdio.h的其他部分(因?yàn)樗鼈兎浅ｉL(zhǎng))。另外，上面代碼的頭文件沒有經(jīng)過預(yù)編譯，而實(shí)際上，插入源碼的是預(yù)編譯后的結(jié)果。編譯器在這一步還會(huì)移除注釋。

這一步稱為“預(yù)處理”(Preprocessing)，因?yàn)橥瓿芍?，就要開始真正的處理了。

3.第六步 編譯(CompilaTIon)

預(yù)處理之后，編譯器就開始生成機(jī)器碼。對(duì)于某些編譯器來說，還存在一個(gè)中間步驟，會(huì)先把源碼轉(zhuǎn)為匯編碼(assembly)，然后再把匯編碼轉(zhuǎn)為機(jī)器碼。

下面是本文開頭的那段源碼轉(zhuǎn)成的匯編碼。

這種轉(zhuǎn)碼后的文件稱為對(duì)象文件(object file)。

4.第七步 連接(Linking)

對(duì)象文件還不能運(yùn)行，必須進(jìn)一步轉(zhuǎn)成可執(zhí)行文件。如果你仔細(xì)看上一步的轉(zhuǎn)碼結(jié)果，會(huì)發(fā)現(xiàn)其中引用了stdout函數(shù)和fwrite函數(shù)。也就是說，程序要正常運(yùn)行，除了上面的代碼以外，還必須有stdout和fwrite這兩個(gè)函數(shù)的代碼，它們是由C語言的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)提供的。

編譯器的下一步工作，就是把外部函數(shù)的代碼(通常是后綴名為.lib和.a的文件)，添加到可執(zhí)行文件中。這就叫做連接(linking)。這種通過拷貝，將外部函數(shù)庫(kù)添加到可執(zhí)行文件的方式，叫做靜態(tài)連接(static linking)，后文會(huì)提到還有動(dòng)態(tài)連接(dynamic linking)。

make命令的作用，就是從第四步頭文件預(yù)編譯開始，一直到做完這一步。

5.第八步 安裝(Installation)

上一步的連接是在內(nèi)存中進(jìn)行的，即編譯器在內(nèi)存中生成了可執(zhí)行文件。下一步，必須將可執(zhí)行文件保存到用戶事先指定的安裝目錄。

表面上，這一步很簡(jiǎn)單，就是將可執(zhí)行文件(連帶相關(guān)的數(shù)據(jù)文件)拷貝過去就行了。但是實(shí)際上，這一步還必須完成創(chuàng)建目錄、保存文件、設(shè)置權(quán)限等步驟。這整個(gè)的保存過程就稱為“安裝”(Installation)。

6.第九步 操作系統(tǒng)連接

可執(zhí)行文件安裝后，必須以某種方式通知操作系統(tǒng)，讓其知道可以使用這個(gè)程序了。比如，我們安裝了一個(gè)文本閱讀程序，往往希望雙擊txt文件，該程序就會(huì)自動(dòng)運(yùn)行。

這就要求在操作系統(tǒng)中，登記這個(gè)程序的元數(shù)據(jù)：文件名、文件描述、關(guān)聯(lián)后綴名等等。Linux系統(tǒng)中，這些信息通常保存在/usr/share/applications目錄下的.desktop文件中。另外，在Windows操作系統(tǒng)中，還需要在Start啟動(dòng)菜單中，建立一個(gè)快捷方式。

這些事情就叫做“操作系統(tǒng)連接”。make install命令，就用來完成“安裝”和“操作系統(tǒng)連接”這兩步。

7.第十步 生成安裝包

寫到這里，源碼編譯的整個(gè)過程就基本完成了。但是只有很少一部分用戶，愿意耐著性子，從頭到尾做一遍這個(gè)過程。事實(shí)上，如果你只有源碼可以交給用戶，他們會(huì)認(rèn)定你是一個(gè)不友好的家伙。大部分用戶要的是一個(gè)二進(jìn)制的可執(zhí)行程序，立刻就能運(yùn)行。這就要求開發(fā)者，將上一步生成的可執(zhí)行文件，做成可以分發(fā)的安裝包。

所以，編譯器還必須有生成安裝包的功能。通常是將可執(zhí)行文件(連帶相關(guān)的數(shù)據(jù)文件)，以某種目錄結(jié)構(gòu)，保存成壓縮文件包，交給用戶。

8.第十一步 動(dòng)態(tài)連接(Dynamic linking)

正常情況下，到這一步，程序已經(jīng)可以運(yùn)行了。至于運(yùn)行期間(runtime)發(fā)生的事情，與編譯器一概無關(guān)。但是，開發(fā)者可以在編譯階段選擇可執(zhí)行文件連接外部函數(shù)庫(kù)的方式，到底是靜態(tài)連接(編譯時(shí)連接)，還是動(dòng)態(tài)連接(運(yùn)行時(shí)連接)。所以，最后還要提一下，什么叫做動(dòng)態(tài)連接。

前面已經(jīng)說過，靜態(tài)連接就是把外部函數(shù)庫(kù)，拷貝到可執(zhí)行文件中。這樣做的好處是，適用范圍比較廣，不用擔(dān)心用戶機(jī)器缺少某個(gè)庫(kù)文件;缺點(diǎn)是安裝包會(huì)比較大，而且多個(gè)應(yīng)用程序之間，無法共享庫(kù)文件。動(dòng)態(tài)連接的做法正好相反，外部函數(shù)庫(kù)不進(jìn)入安裝包，只在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)引用。好處是安裝包會(huì)比較小，多個(gè)應(yīng)用程序可以共享庫(kù)文件;缺點(diǎn)是用戶必須事先安裝好庫(kù)文件，而且版本和安裝位置都必須符合要求，否則就不能正常運(yùn)行。

以上便是此次小編帶來的“c編譯器”相關(guān)內(nèi)容，通過本文，希望大家對(duì)編譯器工作過程的這幾個(gè)步驟具備一定的認(rèn)知。如果你喜歡本文，不妨持續(xù)關(guān)注我們網(wǎng)站哦，小編將于后期帶來更多精彩內(nèi)容。最后，十分感謝大家的閱讀，have a nice day!