Linux中C语言的编程

编译的过程

编译的概念：编译程序读取源程序（字符流），对之进行词法与语法的分析，将高级语言指令转换成功能等效的汇编代码，再由汇编程序转换成机器语言，并且按照操作系统对可执行文件格式的要求链接成可执行程序。

编译的完整过程：C源程序 ---> 预编译处理(.c) ---> 编译、优化程序(.s、.asm) ---> 汇编程序(.obj、.o、.a、.ko) ---> 连接程序(.exe、.elf、.axf等)

预处理　　gcc -E filename.c -o filename.i

预处理是读取C源程序，对其中的伪指令（以#开头的指令，也就是宏）和特殊符号进行“替代”处理；经过此处理，生成一个没有宏定义、没有条件编译指令、没有特殊符号的输出文件。这个文件的含义同没有经过预处理的源文件是相同的，仍然是C文件，但内容有所不同。伪指令主要包括以下三个方面：

（1）宏定义指令：如#define Name TokenString,#undef以及编译器内建的一些宏，如_DATE_,_FILE_,_LINE_,_TIME_,_FUNCTION_等。

（2）条件编译指令：如#ifdef,#ifndef,#else,#elif,#endif等。

（3）头文件包含指令：如#include"FileName"或者#include <FileName>等。

编译、优化　　gcc -S filename.i -o filename.s

优化处理是编译系统中一项比较艰深的技术。它涉及到的问题不仅同编译技术本身有关，而且同计算器的硬件环境也有很大的关系。优化一部分是对中间代码的优化，这种优化不依赖于具体的计算机。另一种优化则主要针对目标代码的生成而进行。

对于前一种优化，主要工作是删除公共表达式、循环优化（代码外提、强度削弱、变换循环控制条件、已知量的合并等）、复写传播，以及无用赋值的删除，等等。后一种类型的优化同机器的硬件结构密切相关，最主要的是考虑如何充分利用机器的各个硬件寄存器存放的有关变量的值，以减少对于内存的访问次数。另外，如何根据机器硬件执行指令的特点（如流水线、RISC、CISC等）而对指令进行一些调整使目标代码比较短，执行的效率比较高，也是一个重要的研究课题。

汇编　　gcc -c filename.s -o filename.o

经汇编过程实际上指把汇编语言代码翻译成目标机器指令的过程。对于被翻译系统处理的每一个C语言源程序，都将最终经过这一处理而得到相应的目标文件。目标文件中所存放的也就是与源程序等效的目标的机器语言代码。

目标文件由段组成。通常一个目标文件中至少有两个段：

代码段（文本段）：该段中包含的主要是程序的指令。该段一般是可读和可执行的，但一般却不可写。

数据段：主要存放程序中要用到的各种常量、全局变量、静态的数据。一般数据段都是可读，可写，可执行的。

链接　　gcc filename.o -o filename

汇编程序生成的目标文件不能立即就被执行，其中可能还有许多没有解决的问题。例如，某个源文件中的函数可能引用了另一个源文件中定义的某个符号（如变量或者函数调用等）；在程序中可能调用了某个库文件中的函数，等等。所有这些问题，都需要经过链接程序的处理方能得以解决。

链接程序的主要工作就是讲有关的目标文件彼此相连接，也即将在一个文件中引用的符号同该符号在另外一个文件中的定义链接起来，使得所有的这些目标文件成为一个能够被操作系统装入执行的统一整体，也就是可执行程序。

根据开发人员指定的库函数的链接方式的不同，链接处理可分为两种：

（1）静态链接　　和　　（2）动态链接

对于可执行文件中的函数调用，可分别采用动态链接或静态链接的方法。使用动态链接能够使最终的可执行文件比较小，并且当共享对象的代码被多个进程使用时能节约一些内存，因为在内存中只

需要保存一份此共享对象的代码。但并不是使用动态链接就一定比使用静态链接要优越。在某些情况下动态链接可能带来一些性能上的损害。

可执行程序布局：

程序运行时分配	System Space(系统空间)
	参数区(命令行传递的参数)
	栈区(Stack:局部变量) 堆区(Heap:malloc分配的内存)
编译出来的ELF文件	数据段(Data Segement) 未初始化全局变量(.bss:未初始化的全局变量或static变量) 已初始化全局变量(.data:初始化过的全局变量或static变量) 文字常量区(.rodata:const,#define,char *ptr="string"等定义的数据常量)
	文本段(Text Segment,.txt:编译出来的可执行文件的二进制代码)