本文主要是介绍【C语言】编译和链接----从源代码到可执行程序的转换【图文详解】，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！
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前言
欢迎来到本篇博客，上一篇我们详细介绍C语言中的文件的顺序读写，随机读写和文件的结束判断。在C语言中，编译和链接是将源代码转换为可执行文件的关键过程。本期我们将深入了解这个过程。
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【C语言】文件操作揭秘：C语言中文件的顺序读写、随机读写、判断文件结束和文件缓冲区详细解析【图文详解】-CSDN博客
文章目录
一、翻译环境和运行环境
二、翻译环境
2.1 预编译（预处理）阶段
2.2 编译阶段
2.2.1 词法分析
2.2.2 语法分析
2.2.3 语义分析及优化
2.3 汇编
2.4 链接
三、运行环境
一、翻译环境和运行环境
在ANSI C的任何⼀种实现中，存在两个不同的环境。
- 第1种是翻译环境，在这个环境中源代码被转换为可执行的机器指令。（二进制指令）
- 第2种是运行环境，它用于实际执行代码。
二、翻译环境
那翻译环境是怎么将源代码转换为可执行的机器指令的呢？这里我们就得展开开讲解一下翻译环境所做的事情。
其实翻译环境是由编译和链接两个大的过程组成的，而编译又可以分解成：预处理（有些书也叫预编译）、编译、汇编三个过程。
⼀个C语言的项目中可能有多个.c文件⼀起构建，那多个.c文件如何生成可执行程序呢？
• 多个.c文件单独经过编译器，编译处理生成对应的目标文件。
• 注：在Windows环境下的目标文件的后缀是.obj，Linux环境下目标文件的后缀是.o
• 多个目标文件和链接库⼀起经过链接器处理生成最终的可执行程序。
• 链接库是指运行时库(它是支持程序运行的基本函数集合)或者第三方库。
那现在我们就深入了解一下这个过程
2.1 预编译（预处理）阶段
这个阶段会将.c文件变成.i文件
那.i和.c会有什么区别呢？？
我们会通过 Visual Studio Code 来观察
现在我们在vscode中有以下代码：
并在命令框中输入
gcc -E test.c -o test.i
我们就可以看到预处理的文件
前面的八百多行都是头文件stdio.h的展开，然后我们可以看到少了#define，这是因为预处理阶段主要处理那些源文件中#开始的预编译指令。比如：#include,#define，那预处理阶段的规则有什么呢？
处理的规则如下：
• 将所有的#define删除，并展开所有的宏定义。
• 处理所有的条件编译指令，如： #if、#ifdef、#elif、#else、#endif 。
• 处理#include预编译指令，将包含的头文件的内容插入到该预编译指令的位置。这个过程是递归进行的，也就是说被包含的头文件也可能包含其他文件。
• 删除所有的注释
• 添加行号和文件名标识，方便后续编译器生成调试信息等。
• 或保留所有的#pragma的编译器指令，编译器后续会使用。
经过预处理后的.i文件中不再包含宏定义，因为宏已经被展开。并且包含的头文件都被插入到.i文件中。所以当我们无法知道宏定义或者头文件是否包含正确的时候，可以查看预处理后的.i文件来确认。
2.2 编译阶段
编译过程就是将预处理后的文件进行一系列的：词法分析、语法分析、语义分析及优化，生成相应的汇编代码文件。
在刚才的过程中，我们继续对这个test.i文件操作
编译过程的命令如下：
gcc -S test.i -o test.s
之后我们可以看到test.s文件，全是汇编指令
2.2.1 词法分析
假设我们现在有以下这段代码：
array[index] = (index+4)*(2+6);
将源代码程序被输入扫描器，扫描器的任务就是简单的进行词法分析，把代码中的字符分割成⼀系列的记号（关键字、标识符、字面量、特殊字符等）。
上面程序进行词法分析后得到了16个记号：
2.2.2 语法分析
接下来语法分析器，将对扫描产生的记号进行语法分析，从而产生语法树。这些语法树是以表达式为节点的树。
2.2.3 语义分析及优化
由语义分析器来完成语义分析，即对表达式的语法层面分析。编译器所能做的分析是语义的静态分析。静态语义分析通常包括声明和类型的匹配，类型的转换等。这个阶段会报告错误的语法信息。
2.3 汇编
汇编器是将汇编代码转变成机器可执行的指令，每一个汇编语句几乎都对应一条机器指令。就是根据汇编指令和机器指令的对照表⼀⼀的进行翻译，也不做指令优化。
汇编指令如下：
gcc -c test.s -o test.o
由于是二进制指令，我们是无法查看的， 总结如下：
2.4 链接
链接是⼀个复杂的过程，链接的时候需要把一堆文件链接在⼀起才生成可执行程序。 链接过程主要包括：地址和空间分配，符号决议和重定位等这些步骤。
链接解决的是⼀个项目中多文件、多模块之间互相调用的问题。
在C语言中，每个源文件都是单独经过编译器处理生成对应的目标文件。
test.c 经过编译器处理生成test.o
add.c 经过编译器处理生成add.o
我们在 test.c 的文件中使用了add.c 文件中的Add 函数和g_val 变量。
我们在 test.c 文件中每⼀次使用Add 函数和g_val 的时候必须确切的知道Add和g_val的地 址，但是由于每个文件是单独编译的，在编译器编译test.c的时候并不知道Add 函数和g_val 变量的地址，所以暂时把调用Add 的指令的目标地址和g_val的地址搁置。等待最后链接的时候由链接器根据引用的符号Add 在其他模块中查找 Add 函数的地址，然后将test.c 中所有引用到Add 的指令重新修正，让他们的⽬标地址为真正的 Add 函数的地址，对于全局变量g_val 也是类似的方法来修正地址。这个地址修正的过程也被叫做：重定位。
三、运行环境
1. 程序必须载入内存中。在有操作系统的环境中：⼀般这个由操作系统完成。在独立的环境中，程序的载入必须由手工安排，也可能是通过可执行代码置入只读内存来完成。
2. 程序的执行便开始。接着便调用main函数。
3. 开始执行程序代码。这个时候程序将使用⼀个运行时堆栈（stack），存储函数的局部变量和返回地址。程序同时也可以使用静态（static）内存，存储于静态内存中的变量在程序的整个执行过程⼀直保留他们的值。
4. 终止程序。正常终止main函数，也有可能是意外终止。
本篇博客，我们深入探讨了C语言中的编译和链接过程。编译和链接是将源代码转换为可执行程序的重要步骤。通过本文的学习，相信读者对C语言编程过程中的编译和链接环节有了更清晰的理解。希期本文对您有所帮助，谢谢阅读！如果你对编译和链接还有任何疑问或需要进一步的帮助，请随时留言，如果你觉得还不错的话，可以给个一键三连，点赞关注加收藏，本篇博客就到此结束了。
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