预处理器，编译器，汇编器和链接器，一起构成了编译系统
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2024-01-10
09:48:11
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一，简单编译原理
从最简单的一个程序 helloworld.c 程序说起，它的生命周期是从一个源程序开始的，即通过
编辑器创建并保存的文本文件。源程序实际上就是一个由 0 和 1 组成的位序列，8 个位被组
织成一组称为字节，每个字节表示程序中的某些文本字符。
helloworld.c 的表示方法说明了一个基本思想：系统中所有的信息---包括磁盘文件，内存中
的程序，内存中存放的用户数据以及网络上传送的数据，都是由一串位序列（比特）表示的
。
1. 编译过程
helloworld.c 程序是从一个高级 C 程序开始的，为了在系统上运行此程序，每条 C 语言都必
须被其他程序转化为一系列的低级机器语言指令，然后这些指令按照一种称为可执行目标程
序的格式打包，并以二进制磁盘文件的形式存放起来。
编译器读取源程序文件 helloworld.c，并把它翻译成一个可执行文件 helloworld,这个翻译过
程可分为四个阶段完成。执行这四个阶段的程序：预处理器，编译器，汇编器和链接器，一
起构成了编译系统。
2.预处理阶段
预处理器根据以字符#开头的命令，修改原始的 C 程序，比如#include<stdio.h>命令告诉预处
理器读取系统头文件 stdio.h 的内容，并把它直接插入程序文本中，结果就得到了另一个 C
程序，通常是以.i 作为文件扩展名。
gcc -E helloworld.c -o helloworld.i
-E 选项告诉编译器只进行预处理操作
-o 选项把预处理的结果输出到指定文件
3.编译阶段
编译器将文本 helloworld.i 翻译成文本文件 helloworld.s,它包含一个汇编语言程序。该程序包
含函数 main 的定义，每条语句都以一种文本格式描述了一条低级机器语言指令。汇编语言
非常有用，它为不同高级语言的不同编译器提供了通用的输出语言。
gcc -S helloworld.c -o helloworld.s
-S 选项告诉编译器，进行预处理和编译成汇编语言操作
4.汇编阶段
汇编器将 helloworld.s 翻译成机器语言指令，把这些指令打包成一种可重定位目标程序的格
式，并将结果保存在目标文件 helloworld.o 中。helloworld.o 文件是一个二进制文件，它包含
的 17 个字节是函数 main 的指令编码，如果打开 helloworld.o 文件，将看到乱码。
gcc -c helloworld.c -o helloworld.o
5.链接阶段
将.o 文件和库文件链接成为可被操作系统执行的可执行程序,例如 helloworld 程序调用了
printf 函数，它是每个 C 编译器都提供的标准 C 库中的一个函数，printf 函数存在于一个名
为 printf.o 的单独的预编译好的目标文件中，而这个文件必须以某种方式合并到我们的
helloworld.o 程序中。链接器就负责处理这种合并，结果就得到 helloworld 文件，它是一个
可执行目标文件，可以被加载到内存中，由系统执行。
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david_liufei
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