程序運(yùn)行要經(jīng)過的步驟有哪些

這篇文章給大家分享的是有關(guān)程序運(yùn)行要經(jīng)過的步驟有哪些的內(nèi)容。小編覺得挺實(shí)用的，因此分享給大家做個(gè)參考，一起跟隨小編過來看看吧。

把高級(jí)語言編寫的源程序轉(zhuǎn)換為可執(zhí)行程序，要經(jīng)過“編譯和連接”。用高級(jí)語言編寫的源程序不能在機(jī)器上直接執(zhí)行，必須經(jīng)過編譯和連接。

程序要運(yùn)行起來，必須要經(jīng)過四個(gè)步驟：預(yù)處理、編譯、匯編和鏈接。接下來通過幾個(gè)簡(jiǎn)單的例子來詳細(xì)講解一下這些過程。

對(duì)于上邊用到的幾個(gè)選項(xiàng)需要說明一下。

使用 gcc 命令不跟任何的選項(xiàng)的話，會(huì)默認(rèn)執(zhí)行預(yù)處理、編譯、匯編、鏈接這整個(gè)過程，如果程序沒有錯(cuò)，就會(huì)得到一個(gè)可執(zhí)行文件，默認(rèn)為a.out

-E選項(xiàng)：提示編譯器執(zhí)行完預(yù)處理就停下來，后邊的編譯、匯編、鏈接就先不執(zhí)行了。

-S選項(xiàng)：提示編譯器執(zhí)行完編譯就停下來，不去執(zhí)行匯編和鏈接了。

-c選項(xiàng)：提示編譯器執(zhí)行完匯編就停下來。

所以，這三個(gè)選項(xiàng)相當(dāng)于是限定了編譯器執(zhí)行操作的停止時(shí)間，而不是單獨(dú)的將某一步拎出來執(zhí)行。

上述程序的執(zhí)行過程大家應(yīng)該都很熟悉了，就不浪費(fèi)口舌了。

一、預(yù)處理：

使用-E選項(xiàng)，表示只進(jìn)行預(yù)編譯，對(duì)應(yīng)生成一個(gè) .i 文件。

預(yù)處理過程進(jìn)行的操作：

• 將所有的“#define”刪除，并且展開所有的宏定義

• 處理所有的條件編譯指令，比如“#if”、“#ifdef”、“#elif”、“#else”、“#endif”

• 處理“#include”預(yù)編譯指令，將被包含的頭文件插入到該編譯指令的位置。（這個(gè)過程是遞歸進(jìn)行的，因?yàn)楸话奈募赡苓€包含了其他文件）

• 刪除所有的注釋“//”和“/* */”。

• 添加行號(hào)和文件名標(biāo)識(shí)，方便后邊編譯時(shí)編譯器產(chǎn)生調(diào)試用的行號(hào)心意以及編譯時(shí)產(chǎn)生編譯錯(cuò)誤或警告時(shí)能夠顯示行號(hào)。

• 保留所有的#pragma編譯指令，因?yàn)榫幾g器需要使用它們。

使用一個(gè)簡(jiǎn)單的程序來驗(yàn)證一下事實(shí)是否如上述所說的一樣

編寫一個(gè)簡(jiǎn)單的程序，然后使用-E選項(xiàng)執(zhí)行預(yù)處理過程，打開生成的 .i 文件與源文件進(jìn)行比對(duì)，結(jié)果一目了然

對(duì)于給代碼加上行號(hào)這個(gè)就不在這里演示了，我們?cè)趯懘a的時(shí)候是不會(huì)手動(dòng)添加行號(hào)的，我們看到的行號(hào)都是自己使用的編輯工具自動(dòng)加上的，而這些行號(hào)編譯系統(tǒng)是看不到的，但是呢，我們發(fā)現(xiàn)如果我們哪一行的代碼出現(xiàn)了問題，編譯的時(shí)候就會(huì)給出提示說哪行的代碼有什么問題，這就已經(jīng)證明，編譯器是會(huì)自動(dòng)添加行號(hào)的。

二、編譯：

使用-S選項(xiàng)，表示編譯操作執(zhí)行完就結(jié)束。對(duì)應(yīng)生成一個(gè) .s 文件。

編譯過程是整個(gè)程序構(gòu)建的核心部分，編譯成功，會(huì)將源代碼由文本形式轉(zhuǎn)換成機(jī)器語言，編譯過程就是把預(yù)處理完的文件進(jìn)行一系列詞法分析、語法分析、語義分析以及優(yōu)化后生成相應(yīng)的匯編代碼文件。

• 詞法分析：

詞法分析是使用一種叫做lex的程序?qū)崿F(xiàn)詞法掃描，它會(huì)按照用戶之前描述好的詞法規(guī)則將輸入的字符串分割成一個(gè)個(gè)記號(hào)。產(chǎn)生的記號(hào)一般分為：關(guān)鍵字、標(biāo)識(shí)符、字面量（包含數(shù)字、字符串等）和特殊符號(hào)（運(yùn)算符、等號(hào)等），然后他們放到對(duì)應(yīng)的表中。

• 語法分析：語法分析器根據(jù)用戶給定的語法規(guī)則，將詞法分析產(chǎn)生的記號(hào)序列進(jìn)行解析，然后將它們構(gòu)成一棵語法樹。對(duì)于不同的語言，只是其語法規(guī)則不一樣。用于語法分析也有一個(gè)現(xiàn)成的工具，叫做：yacc。

• 語義分析：

語法分析完成了對(duì)表達(dá)式語法層面的分析，但是它不了解這個(gè)語句是否真正有意義。有的語句在語法上是合法的，但是卻是沒有實(shí)際的意義，比如說兩個(gè)指針的做乘法運(yùn)算，這個(gè)時(shí)候就需要進(jìn)行語義分析，但是編譯器能分析的語義也只有靜態(tài)語義。

靜態(tài)語義：在編譯期就可以確定的語義。通常包括聲明與類型的匹配、類型的轉(zhuǎn)換。比如當(dāng)一個(gè)浮點(diǎn)型的表達(dá)式賦值給一個(gè)整型的表達(dá)式時(shí)，其中隱含一個(gè)從浮點(diǎn)型到整型的轉(zhuǎn)換，而語義分析就需要完成這個(gè)轉(zhuǎn)換，再比如，將一個(gè)浮點(diǎn)型的表達(dá)式賦值給一個(gè)指針，這肯定是不行的，語義分析的時(shí)候就會(huì)發(fā)現(xiàn)兩者類型不匹配，編譯器就會(huì)報(bào)錯(cuò)。

動(dòng)態(tài)語義：只有在運(yùn)行期才能確定的語義。比如說兩個(gè)整數(shù)做除法，語法上沒問題，類型也匹配，聽著好像沒毛病，但是，如果除數(shù)是0的話，這就有問題了，而這個(gè)問題事先是不知道的，只有在運(yùn)行的時(shí)候才能發(fā)現(xiàn)他是有問題的，這就是動(dòng)態(tài)語義。

• 中間代碼生成

我們的代碼是可以進(jìn)行優(yōu)化的，對(duì)于一些在編譯期間就能確定的值，是會(huì)將它進(jìn)行優(yōu)化的，比如說上邊例子中的 2+6，在編譯期間就可以確定他的值為8了，但是直接在語法上進(jìn)行優(yōu)化的話比較困難，這時(shí)優(yōu)化器會(huì)先將語法樹轉(zhuǎn)成中間代碼。中間代碼一般與目標(biāo)機(jī)器和運(yùn)行環(huán)境無關(guān)。（不包含數(shù)據(jù)的尺寸、變量地址和寄存器的名字等）。中間代碼在不同的編譯器中有著不同的形式，比較常見的有三地址碼和P-代碼。

中間代碼使得編譯器可以分為前端和后端。編譯器前端負(fù)責(zé)產(chǎn)生于機(jī)器無關(guān)的中間代碼，編譯器后端將中間代碼換成機(jī)器代碼。

• 目標(biāo)代碼生成與優(yōu)化

代碼生成器將中間代碼轉(zhuǎn)成機(jī)器代碼，這個(gè)過程是依賴于目標(biāo)機(jī)器的，因?yàn)椴煌臋C(jī)器有著不同的字長(zhǎng)、寄存器、數(shù)據(jù)類型等。

最后目標(biāo)代碼優(yōu)化器對(duì)目標(biāo)代碼進(jìn)行優(yōu)化，比如選擇合適的尋址方式、使用唯一來代替乘除法、刪除出多余的指令等。

三、匯編

匯編過程調(diào)用匯編器as來完成，是用于將匯編代碼轉(zhuǎn)換成機(jī)器可以執(zhí)行的指令，每一個(gè)匯編語句幾乎都對(duì)應(yīng)一條機(jī)器指令。

使用命令as hello.s -o hello.o 或者使用gcc -c hello.s -o hello.o來執(zhí)行到匯編過程結(jié)束，對(duì)應(yīng)生成的文件是.o文件。

四、鏈接

鏈接的主要內(nèi)容就是將各個(gè)模塊之間相互引用的部分正確的銜接起來。它的工作就是把一些指令對(duì)其他符號(hào)地址的引用加以修正。鏈接過程主要包括了地址和空間分配、符號(hào)決議和重定向

符號(hào)決議：有時(shí)候也被叫做符號(hào)綁定、名稱綁定、名稱決議、或者地址綁定，其實(shí)就是指用符號(hào)來去標(biāo)識(shí)一個(gè)地址。

比如說 int a = 6;這樣一句代碼，用a來標(biāo)識(shí)一個(gè)塊4個(gè)字節(jié)大小的空間，空間里邊存放的內(nèi)容就是4.

重定位：重新計(jì)算各個(gè)目標(biāo)的地址過程叫做重定位。

最基本的鏈接叫做靜態(tài)鏈接，就是將每個(gè)模塊的源代碼文件編譯成目標(biāo)文件（Linux：.o  Windows：.obj），然后將目標(biāo)文件和庫一起鏈接形成最后的可執(zhí)行文件。庫其實(shí)就是一組目標(biāo)文件的包，就是一些最常用的代碼變異成目標(biāo)文件后打包存放。最常見的庫就是運(yùn)行時(shí)庫，它是支持程序運(yùn)行的基本函數(shù)的集合。

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