程式編譯詳解

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程式編譯詳解

編譯器讀取來源程式（字元流），對之進行詞法和文法的分析，將進階語言指令轉換為功能等效的彙編代碼，再由組譯工具轉換為機器語言，並且按照作業系統對可執行檔格式的要求連結產生可執行程式。總過程如下：

C來源程式－>編譯預先處理（對源檔案進行詞法分析和文法分析，確認符合文法規則）－>編譯（將其翻譯成中間代碼或彙編代碼）－>最佳化程式（對中間代碼等進行最佳化）－>組譯工具（把彙編代碼翻譯成目標機器指令）－>連結程式（將相關的目標檔案彼此相串連，形成統一的整體）－>可執行檔

1.編譯預先處理  讀取c來源程式，語法檢查，對其中的偽指令（以#開頭的指令）和特殊符號進行處理，先行編譯程式所要作得工作就是通過詞法分析和文法分析，在確認所有的指令都符合文法規則

偽指令：

1）宏定義指令，如# define Name TokenString等。

2）條件編譯指令，如#ifdef,#ifndef,#else,#elif,#endif,等等。這些偽指令的引入

使得程式員可以通過定義不同的宏來決定編譯器對哪些代碼進行處理。先行編譯程式將根

據有關的檔案，將那些不必要的代碼過濾掉。

3）標頭檔包含指令，如#include "FileName"或者#include <FileName>等

2.編譯階段

經過先行編譯確認所有的指令都符合文法規則之後，編譯階段負責將其翻譯成等價的中間代碼錶示或彙編代碼。

3.最佳化階段

最佳化處理是編譯系統中一項比較艱深的技術，最佳化一部分是對中間代碼的最佳化，這種最佳化不依賴於具體的電腦，另一種最佳化則主要針對目標代碼的產生而進行的。

對於前一種最佳化，主要的工作是刪除公用運算式、迴圈最佳化（代碼外提、強度削弱、變換

迴圈控制條件、已知量的合并等）、複寫傳播，以及無用賦值的刪除，等等。

後一種類型的最佳化同機器的硬體結構密切相關，最主要的是考慮是如何充分利用機器的各

個硬體寄存器存放的有關變數的值，以減少對於記憶體的訪問次數。另外，如何根據機器硬

件執行指令的特點（如流水線、RISC、CISC、VLIW等）而對指令進行一些調整使目標代碼比較短，執行的效率比較高，也是一個重要的研究課題。

4.彙編過程

彙編過程實際上指把組合語言代碼翻譯成目標機器指令的過程。目標檔案中所存放的

也就是與來源程式等效的目標的機器語言代碼。

 目標檔案由段組成。通常一個目標檔案中至少有兩個段：

程式碼片段  該段中所包含的主要是程式的指令，該段一般是可讀和可執行檔，但一般卻不可

寫。 

資料區段  主要存放程式中要用到的各種全域變數或靜態資料。一般資料區段都是可讀，可

寫，可執行檔。

5.連結程式

由組譯工具產生的目標檔案並不能立即就被執行，其中可能還有許多沒有解決的問題。例

如，某個源檔案中的函數可能引用了另一個源檔案中定義的某個符號（如變數或者函數調

用等）；在程式中可能調用了某個庫檔案中的函數，等等，所有的這些問題，都需要經鏈

接程式的處理方能得以解決。

連結程式的主要工作就是將有關的目標檔案彼此相串連，也即將在一個檔案中引用的符號同該符號在另外一個檔案中的定義串連起來，使得所有的這些目標檔案成為一個能夠被作業系統裝入執行的統一整體。

根據開發人員指定的同庫函數的連結方式的不同，連結處理可分為兩種：

（1）靜態連結  也就是我們常說的LIB檔案，在這種連結方式下，函數的代碼將從其所在地靜態連結庫中被拷貝到最終的可執行程式中。這樣該程式在被執行時這些代碼將被裝入到該進程的虛擬位址空間中。靜態連結庫實際上是一個目標檔案的集合，其中的每個檔案含有庫中的一個或者一組相關函數的代碼。

 （2）動態連結  也就是我們常說的DLL檔案，在此種方式下，函數的代碼被放到稱作是動態連結程式庫或共用對象的某個目標檔案中。連結程式此時所作的只是在最終的可執行程式中記錄下共用對象的名字以及其它少量的登記資訊。在此可執行檔被執行時，動態連結程式庫的全部內容將被映射到運行時相應進程的虛地址空間。動態連結程式將根據可執行程式中記錄的資訊找到相應的函數代碼。

     對於可執行檔中的函數調用，可分別採用動態連結或靜態連結的方法。使用動態

連結能夠使最終的可執行檔比較短小，並且當共用對象被多個進程使用時能節約一些內

存，因為在記憶體中只需要儲存一份此共用對象的代碼。但並不是使用動態連結就一定比使

用靜態連結要優越。在某些情況下動態連結可能帶來一些效能上損害。

  經過上述五個過程，C來源程式就最終被轉換成可執行檔了。

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