【C语言深度解剖】一篇解决程序的环境【编译+链接详解】让面试官给我们竖起大拇指

文章目录

【C语言深度解剖】【Linux操作系统】程序的环境【编译+链接详解】

那么这里博主先安利一下一些干货满满的专栏啦！

作者: #西城s
这是我的主页：#西城s
在食用这篇博客之前，博主在这里介绍一下其它高质量的编程学习栏目：
数据结构专栏：数据结构这里包含了博主很多的数据结构学习上的总结，每一篇都是超级用心编写的，有兴趣的伙伴们都支持一下吧！
算法专栏：算法这里可以说是博主的刷题历程，里面总结了一些经典的力扣上的题目，和算法实现的总结，对考试和竞赛都是很有帮助的！
力扣刷题专栏：Leetcode想要冲击ACM、蓝桥杯或者大学生程序设计竞赛的伙伴，这里面都是博主的刷题记录，希望对你们有帮助！
C的深度解剖专栏：C语言的深度解剖想要深度学习C语言里面所蕴含的各种智慧，各种功能的底层实现的初学者们，相信这个专栏对你们会有帮助的！

今天博主将带大家详细深入地解剖C程序编译的过程，这些是我们内功修炼的必要知识，学会这些，让面试官给你竖起大拇指。

不收藏必后悔系列篇~

程序的翻译环境

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（.exe）。
第2种是执行环境，它用于实际执行代码。

即：

翻译环境详解

首先，我们知道编译这个过程，可以将test.c变成test.exe，那么，在此期间的过程，我们也要深入研究。

翻译环境基本原理：
每个源文件单独经过编译器处理后，生成相对应的目标文件(.obj)之后，结合链接库，经过编译器处理后，形成可执行程序(.exe)。

IDE介绍：

VS2022
DEV C++
CodeBlocks
Clion
集成开发环境-IDE
继承了编辑，编译，链接，调试等功能

这些IDE里面在下载的时候都一定带有两个可执行程序
cl.exe（编译器），link.exe（编译器）

具体过程如下：
如图：

test.c----test.obj
contact.c-----contact.obj
每个源文件经过编译器生成对应的目标文件(.obj)文件之后
加上链接库经过链接器—可执行程序(链接库：库函数等)

编译

编译：预处理+编译+汇编
经过上述阶段之后，我们就可以得到.obj文件了。

讲解代码：
我们创建两个源文件test.c和add.c
test.c：

extern int Add(int, int);

int main() {

	int a = 10;

	int b = 20;

	int c = Add(a, b);

	printf("%d\n", c);

	return 0;

}

add.c：

int Add(int x, int y) {

	return x + y;

}

我们就用这两个简单的代码给大家解释编译的详细过程，以及预处理，编译，汇编的每一步的结果

由于VS等IDE软件已经高度集成，我们无法看到编译中间的详细过程，因此博主在这里使用linux操作系统下的gcc编译器为大家演示。

我们先写好代码：
使用vim编辑器编辑源文件：

写好代码，我们先跑一次，看看有没有问题出现先，后面我们再拆开每一步讲解：

我们可以看到，结果是30。说明没问题，ok，我们开始拆解编译过程。

预编译

为了更好的观察每一个步骤，这里食用Linux gcc来演示
gcc test.c -E （在预编译之后停下来）
再-o 放到test.i里面
所以
gcc test.c -E -o test.i
用vim打开来观察一下

预编译结果：

预编译结果其实完成了这么几件事情：

头文件的包含 我们刚才打开test.i看到前面的一大堆，其实都是头文件的包含，就是把头文件内容复制进去了。
预定义指令实现的替换和删除 #define所定义的符号完成替换，宏完成替换，条件编译（为假）的内容完成删除。如果对C语言预定义问题还存在疑问的伙伴，可以通过博主的传送门学习，也是满满干货的噢！【预定义】C语言预定义代码（宏、条件编译等）内容介绍【最全的保姆级别教程】
注释完成删除

编译

指令：-S
结果：生成一个.i文件，里面是汇编代码。
所以在这时期：把C语言代码翻译成了汇编代码

语法词法分析

语义分析

符号汇总（把一些全局的符号汇总起来，为下一步汇编时符号表的生成做准备）

汇编

指令： -c
结果：生成test.o文件
windows环境下：目标文件：xxx.obj
linux环境下：目标文件：xxx.o
目标文件是二进制的—是看不懂的
此过程：

把汇编指令翻译成二进制指令

完成的东西：

形成符号表

关于形成符号表

在汇编这个过程，符号表的形成时需要我们理解的，这是在为链接做准备。
形成符号表是啥意思呢？

简单来说就是让全局的符号形成一个符号和地址的表：比如Add，因为这个符号是要跨文件使用的，test.c里要用，add.c里也要用，这些符号是要形成符号表的，但是add.c里面的临时变量x,y这些是不用的，因为它们只在add.c里面的一个函数里能用。

比如：
test.o的符号表

符号	地址
Add	0x00
main	0x19

add.o的符号表

符号	地址
Add	0xff

注意：

我们test.o所对应的Add符号的地址，是无效地址，为什么：因为在test.c里面我们根本没有定义Add这个函数所以无效，而add.o里面那个才是有效的。

那么我们如何去演示呢？
首先.o文件我们肯定是看不懂的，因为这个文件的格式其实是叫做elf格式，Linux上有一个工具叫做readelf可以帮我们翻译这个.o文件。

里面有很多选项可以看，我们看符号表就行了

对比两个符号表：

形成符号表之后，我们编译这个环节，就完成了，cl.exe（编译器）的使命就完成了。
那么符号表到底有啥用呢？接下来，到了链接环节。

链接

链接：

合并段表

符号表的合并和重定位

合并段表：就是把相同的东西合并在一起。 这个过程博主不详细给大家讲解了。
接下来我们来详细说说，符号表的合并和重定位。

我们来看看上一阶段我们生成的两个符号表：

我们要将其合并。
合并的意思就是，我们来找相同的符号。
比如Add符号，链接器找到两个Add。这时，链接器会发现，有一个Add的地址是有效的，有一个是无效的，此时链接器会丢弃无效的那个地址，保留有效的地址。
其实简单来说就是把源文件弄在一起了。

那么我们懂得这个知识之后，我们就可以知道我们平时在学习过程中常见的错误是什么意思了。

如果我们将刚才的add.c里面的内容删掉，或者把Add函数改个名字，这样我们在合并符号表的时候，test.c里面那个Add是无效的，这时，链接器就会去表里找，找有效的Add，找不到，就会报错了，这个错误就是链接错误！

这样我们就能很好地理解这个错误是怎么报出来的了。
成功生成目标文件之后，链接期间，找不到Add了—报链接错误。

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。

尾声

如果对预编译（预处理）这个过程感兴趣的伙伴，可以通过博主提供的传送门食用。【预定义】C语言预定义代码（宏、条件编译等）内容介绍【最全的保姆级别教程】
看到这里，相信大家已经对程序的编译，运行等过程有了比较深入的了解了，其实学习这些对我们写代码能力的帮助其实是不大的，但是这些都是内功的修炼，都是硬核知识，在我们找工作，或者在完成项目时，这种深入的理解对我们的帮助是非常大的。
如果你觉得这篇文章对你有帮助的话，不要忘了一键三连后再离开噢！