程序的编译和链接
创始人
2024-06-01 14:09:36
0

程序的编译和链接

  • 程序的编译和链接
    • 程序的两种环境
    • 翻译环境
    • 详解编译和链接
      • 预处理
      • 编译
      • 汇编
      • 链接
    • 运行环境

程序的编译和链接

程序的两种环境

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。

第2种是执行环境,它用于实际执行代码

翻译环境

平时我们写的程序都是一个个的源文件,那么这些文件是怎么生成.exe可执行文件的呢?这就是接下来我们要详细研究的内容

笼统的来讲,大致过程可以用下图来表示:

image-20230311141752312

组成一个程序的每个源文件通过编译过程分别转换成目标代码(object code)。

每个目标文件由链接器(linker)捆绑在一起,形成一个单一而完整的可执行程序。

链接器同时也会引入标准C函数库中任何被该程序所用到的函数,而且它可以搜索程序员个人的程序库,将其需要的函数也链接到程序中。

详解编译和链接

编译,其实严格来说应该叫做翻译,因为翻译其实还分多个步骤,分别为预处理,编译,汇编。在VS中每一步骤是观察不到的,所以我们使用GCC编译器来观察现象,研究清楚每个步骤都是做什么的。

预处理

image-20230311144819549

可以看到我这里有一个test.c文件,里面写了这样一段代码,这时候我们来看一下对它进行编译的第1步预处理,究竟做了些什么事情,我们用GCC来执行下面的指令:

gcc test.c -E > test.i

这句指令意思就是将编译test.c到预处理那步就停下来,并将所编译的信息重定向到test.i中,然后我们打开test.i看一下,

image-20230311144926051

实际上已经不存在什么定义的宏了,而是直接被替换,另外还值得注意的是原本只有十几行的代码,经过预处理之后变成了850行,可以看到预处理做的事情其实还是蛮多的,但是重点我们就是来观察一下现象,知道预处理这步到底做了些什么就可以了,所谓预处理就是对一些文本进行操作,

总结如下:

1.#include 头文件的包含,

2.#define 宏替换

3.删除注释

都是一些对文本的操作

编译

有了第一步的经验,我们可以来看一下编译的步骤,指令如下:

gcc test.i -S > test.s

image-20230311145252525

可以发现,我们的代码变成了汇编语言,这就是一个重要的步骤,其实翻译成汇编语言之外,还有语义分析,语法分析等等,你的一些语法错误等等就是这一步检查出来的,另外还有一个很重要的步骤是进行符号汇总,为什么说它重要呢,其实是为下一步生成符号表做准备。下一步再说,总结编译步骤:

编译:

1.语法分析

2.语义分析

3.符号汇总

4.翻译成汇编语言

等等

汇编

同样的操作:

gcc test.s -c > test.o

image-20230311150411754

好的,这下彻底看不懂了,实际上这是因为,编译之后的目标文件其实是二进制文件,是无法识别的,但是这种类型的文件有它自己的格式叫做elf,有个工具readelf是可以看这种类型的文件的具体内容的,这种文件内容实际上也是有特点,都是一段一段的,每一段放不同的信息。我们先说汇编这步做了一些什么事情,

汇编:

1.翻译成二进制

2.生成符号表

我们用readelf这个工具要看关注的也就是这个符号表,来了解一下:

image-20230311151254342

可以看到是有一堆选项,我们要用的就是-s,这个选项来看这个符号表

image-20230311151354133

这个就是我们汇编这步生成的符号表,这个符号表存储了文件中符号的信息,之前我们的示意图中已经说了,我们的源文件是有多个的,每个文件里面的函数变量当然也是多个的,那最后我们链接起来怎么找到这些符号呢?靠的就是这个符号表,它会记录下每个符号的信息,函数,变量,它们的地址等等,在后面的链接这步中按照这个符号表来寻找。

链接

我相信很多人可能早就听过,链接就是将本地多个源文件组合起来,并且引入一些外部的库等等,但是对它到底这个步骤是怎么实现的并不清楚,

今天就来研究清楚,先说链接这个步骤到底做了什么,

链接:

1.合并段表

2.符号表的合并和重定位

段表这个今天先暂时不讨论,到后期才能彻底理解,

段表概念:在分段式存储管理系统中,每个进程或程序都有一个或多个逻辑段,为使程序或称进程能正常运行,亦即,能从物理内存中找出每个逻辑段所对应的位置,在系统中为每个进程建立一张段映射表,简称段表,段表记录了进程中每一个段在内存中的起始地址(又称为 “基址” )、段号和段的长度。

重点还是上面的符号表,符号表合并和重定位是什么意思呢?

举个例子:

image-20230311154303607

像是这个例子就能简单的描述一下,符号表的问题,我们知道每个文件最后都会生成一个目标文件,所以每个源文件的目标文件中都有一张符号表,我们就需要信息合并,当test.c文件中安装符号表去找Add函数时,发现找不到(其实这时候Add的地址是个无效地址),所以就会报出了错误,LNK的错误一定是链接时发生的错误,无法解析的外部符号就是根据符号表中的信息去找Add这个符号找不到。

如果add.c中将函数名改成正确的Add,在链接时符号表合并,就会将add.c中Add函数的地址重定向到合并之后的符号表中,这样才能够顺序执行。

如果当我们把test.c中的声明去掉,代码也是可以很好的跑起来的,编译器仅仅是报个警告,为什么呢?我想应该就很容易理解了,即使你没有声明,但是在最后符号表合并的时候依旧是很好的进行了合并。所以最后的结果是没有一点问题的。

运行环境

程序执行的过程:

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。

程序的执行便开始。接着便调用main函数。

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。

终止程序。正常终止main函数;也有可能是意外终止。

相关内容

热门资讯

安卓系统用的华为应用,探索智能... 你知道吗?在安卓系统里,华为的应用可是个宝库呢!它们不仅功能强大,而且使用起来超级方便。今天,就让我...
安卓变ios系统魅蓝 你知道吗?最近有个朋友突然告诉我,他要把自己的安卓手机换成iOS系统,而且还是魅蓝品牌的!这可真是让...
幻书启世录安卓系统,安卓世界中... 亲爱的读者们,你是否曾在某个夜晚,被一本神奇的书所吸引,仿佛它拥有着穿越时空的力量?今天,我要带你走...
电脑安装安卓系统进不去,安卓系... 电脑安装安卓系统后竟然进不去,这可真是让人头疼的问题啊!你是不是也遇到了这种情况,心里直呼“怎么办怎...
用键盘切换控制安卓系统,畅享安... 你有没有想过,用键盘来控制你的安卓手机?是的,你没听错,就是那个我们每天敲敲打打的小玩意儿——键盘。...
小米安卓镜像系统在哪,小米安卓... 你有没有想过,你的小米手机里有一个隐藏的宝藏——安卓镜像系统?没错,就是那个可以让你的手机瞬间变身成...
安卓手机下载排班系统,高效排班... 你有没有想过,每天忙碌的工作中,有没有什么好帮手能帮你轻松管理时间呢?今天,就让我来给你介绍一个超级...
桌面组件如何弄安卓系统,桌面组... 亲爱的桌面爱好者们,你是否曾梦想过将安卓系统搬到你的电脑桌面上?想象那些流畅的动画、丰富的应用,还有...
安卓13系统介绍视频,新功能与... 亲爱的读者们,你是否对安卓13系统充满好奇?想要一探究竟,却又苦于没有足够的时间去研究?别担心,今天...
车机安卓7.1系统,功能升级与... 你有没有发现,现在的车机系统越来越智能了?尤其是那些搭载了安卓7.1系统的车机,简直就像是个贴心的智...
安卓系统下如何读pdf,And... 你有没有遇到过这种情况:手机里存了一大堆PDF文件,可是怎么也找不到一个能顺畅阅读的工具?别急,今天...
安卓系统全国通用的吗,畅享智能... 你有没有想过,为什么你的手机里装的是安卓系统呢?安卓系统,这个名字听起来是不是有点神秘?今天,就让我...
假苹果手机8安卓系统,颠覆传统... 你有没有想过,如果苹果手机突然变成了安卓系统,会是怎样的景象呢?想象那熟悉的苹果外观,却运行着安卓的...
安卓12.0系统vivo有吗,... 你有没有听说最近安卓系统又升级啦?没错,就是那个让手机焕然一新的安卓12.0系统!那么,咱们国内的手...
核心芯片和安卓系统,探索核心芯... 你知道吗?在科技的世界里,有一对“黄金搭档”正悄悄改变着我们的生活。他们就是——核心芯片和安卓系统。...
如何调安卓系统屏幕颜色,安卓系... 亲爱的手机控们,你是否曾觉得安卓系统的屏幕颜色不够个性,或者是因为长时间盯着屏幕而感到眼睛疲劳?别担...
旧台式电脑安装安卓系统,轻松安... 你那台旧台式电脑是不是已经服役多年,性能逐渐力不从心,却又不忍心让它退役呢?别急,今天就来教你怎么给...
美国要求关闭安卓系统,科技霸权... 美国要求关闭安卓系统:一场技术革新还是政治博弈?在数字化时代,智能手机已经成为我们生活中不可或缺的一...
安卓系统日记本 你有没有发现,手机里的安卓系统日记本,简直就是记录生活点滴的宝藏库呢?想象每天忙碌的生活中,有没有那...
安卓手机广告最少的系统,探索安... 你有没有发现,用安卓手机的时候,广告总是无处不在,让人烦得要命?不过别急,今天我要给你揭秘一个秘密—...