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哈喽啊,盆友们。一起来看看C语言中编译预处理的内容吧!😜

1.程序运行的几个阶段

众所不周知,C语言的程序运行分为几个阶段。

咱们可以看看下面这个图,简单了解一二👇

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细分开来,编译还分为3个小阶段:预编译(预处理)、编译、汇编

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这三个阶段又分别做了什么事情呢?这就需要我们用linux下的gcc编译器来验证了

1.1预编译

现在我们编写了一个这样的代码,分为两个文件

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// Add.c
int Add(int x,int y)
{
return x+y;
}
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// test.c
#include <stdio.h>

extern int Add(int x,int y);
#define M 100
// 这是一个测试
int main()
{
int a=4;
int b=10;

printf("a+b=%d\n",Add(a,b));
printf("M+b=%d\n",Add(M,b));
return 0;
}

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在运行窗口中输入以下指令,进行预编译操作,得到test.i文件

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gcc -E test.c -o test.i

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打开该文件,滑倒最底部,查看它与源代码的不同

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截取文件部分内容如下

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# 3 "test.c" 2

# 4 "test.c"
extern int Add(int x,int y);

int main()
{
int a=4;
int b=10;

printf("a+b=%d\n",Add(a,b));
printf("M+b=%d\n",Add(100,b));
return 0;
}

可以发现以下几点:

  • 头文件消失:实际上被展开了
  • 注释被删除
  • define定义的符号被替换

这就是预编译阶段做的3件事,实际上都是一些文本操作,并没有运行该代码

1.2编译

输入以下指令,生成test.s文件

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gcc -S test.i -o test.s

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打开该文件,发现我们好像看不太懂它里面写了些什么

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实际上,movsub都是汇编语言,这一步就是把C语言代码转变成了汇编代码。 进行了以下几步操作:

  1. 语法分析
  2. 词法分析
  3. 语义分析
  4. 符号汇总

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这一部分内容可以阅读《程序员的自我修养》这本书,记录一下

1.3汇编

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gcc -c test.s -o test.o

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这个指令会生成一个test.o目标文件

  • Linux:目标文件后缀为.o
  • Windows:目标文件后缀为.obj

.o目标文件和可执行成句的文件格式elf,readelf工具可以解析elf格式的文件

用文本编辑器打开这个文件,可以看到里面的东西都是乱码

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实际上这个文件里面存放的是二进制内容。汇编操作就是将汇编代码转换成二进制指令

其中有非常重要的一部:形成符号表

1.4符号表和链接

这个代码中其实包含了两个源文件:test.cAdd.c

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里面出现了两个符号,main和Add

编译器会先对每个源文件创立一个符号表,为它们添加一个类似地址的参数。在链接阶段的时候,相同符号的地址参数会被设置为一样的

这里编译会查看Add函数的定义在哪里

如main函数中只是extern,并没有Add的具体实现,最后链接之时,Add符号的地址会被设置为Add.c中该符号的地址

这个操作又叫:符号表的合并和重定位

链接阶段还会执行另外一个操作:合并段表

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gcc test.o add.o -o test
//生成可执行程序test

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使用./TEST操作执行该文件,可以看到程序成功输出了Add后的答案

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2.运行环境

程序执行的过程中:

  1. 程序先载入内存。在操作系统中,这个操作由系统完成;在独立环境中,程序的载入必须手动完成,也可以是通过可执行代码置入只读内存来完成
  2. 程序执行开始。调用main函数
  3. 开始执行代码。这时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。程序同时使用静态内存,存储于静态内存中的变量在程序的整个执行过程中保留它们的值
  4. 终止程序。正常终止main函数,也可能是意外终止

结语

本篇博客中,我们认识了解了程序运行的几个阶段。这里面还有很多更深层次的问题待我去探究。

下篇博客:预处理详解

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