想必每个程序员的初始代码都是从Helloworld程序开始的，但在这个简单程序的背后，我们往往忽视了编译器为我们做的大量工作...

#include <iostream>
using namespace std;

int main(){
    cout<<"Hello World."<<endl;
    return 0;
}

上述是使用C++编写的一个简单的HelloWorld程序。通常，在Windows的IDE环境下我们往往只需要点击运行即可看到程序的输出结果，即使在Linux的命令行环境下，我们也只需要输入以下命令即可：

gcc hello.cpp -o hello
./hello

然而，在这一些简单操作的背后其实存在大量的工作：预编译、编译、汇编、链接。

1. 预编译

简而言之，预编译主要用于处理源代码中以"#"开始的预编译指令，如：“#include”、“#define”等。经过预编译，C++程序的.cpp文件将生成一个.ii文件

P.s：预编译过程中，处理所需头文件；展开宏定义；删除注释；添加行号、文件名标识等

2. 编译

简而言之，编译过程主要是将预处理完的文件进行一系列词法分析、语法分析、语义分析以及优化后，生成汇编代码文件(.s文件)。
P.s:

  • 词法分析：识别记号（Token）——关键字、标识符、字面量和特殊符号；
  • 语法分析：生成语法树——确定运算符优先级、确定运算符含义（部分运算符具有多重含义）；
  • 语义分析：分析静态语言——编译器剑客确定的语义；
  • 中间语言生成：优化代码（编译器前端，与机器无关）
  • 目标代码生成与优化：
    • 代码生成器——将中间代码转换成目标机器代码
    • 目标代码优化器——对生成的目标代码进行优化，如：选择合适的寻址方式、删除多余指令等

3. 汇编

在汇编阶段，汇编器将汇编代码转换成机器可以执行的指令。每一条汇编指令几乎都对应一条机器指令，由于该过程没有复杂的语法、语义，也不需要优化，因此只需要汇编器逐句翻译即可。该过程会生成目标文件(Object file, .o文件)

4. 链接

概括而言，编译器可以将一个源代码文件编译成一个未链接的目标文件，链接器负责最终将这些目标文件链接起来形成可执行文件。

众所周知的是，现如今的代码大都是模块化的，以便于代码的阅读、理解、重用等。因此，链接的作用就是将各模块组合成一个单一的程序。所以，组装模块的过程其实就是链接。其主要内容是将各个模块之间相互引用的部分处理好，使得各个模块之间能够正确的衔接。其主要包括：

  • 地址和空间分配；
  • 符号决议
  • 重定位