这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了【C语言】编译与链接。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。
前言
我们想一个问题，我们写的C语言代码都是文本信息，电脑能直接执行c语言代码吗？肯定不能啊，计算机能执行的是二进制指令，所以将C语言转化为二进制指令需要一段过程，这篇博客讲一下编译与链接，来一起探讨C语言是如何转化为二进制指令的。
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目录
1. 翻译环境和运行环境
2. 翻译环境
2.1 预处理（预编译）
2.2 编译
2.2.1 词法分析
2.2.2 语法分析
2.2.3 语义分析
2.3 汇编
2.4 链接
3. 运行环境
1. 翻译环境和运行环境
在ANSI C（标准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（二进制指令）。
第2种是执行环境，它用于实际执行代码。
2. 翻译环境
那翻译环境是怎么将源代码转换为可执行的机器指令的呢？
这里我们就得展开开讲解一下翻译环境所做的事情。
其实翻译环境是由编译和链接两个大的过程组成的，而编译又可以分解成：预处理（有些书也叫预编译）、编译、汇编三个过程。
一个C语言的项目中可能有多个
.c 文
件一起构建，那多个
.c 文
件如何生成可执行程序呢？
•
多个.c文件单独经过编译器，编译处理生成对应的目标文件。
•
注：
在Windows环境下的目标文件的后缀是 .obj ，Linux环境下目标文件的后缀是 .o
•
多个目标文件和链接库一起经过链接器处理生成最终的可执行程序。
•
链接库是指运行时库(它是支持程序运行的基本函数集合)或者第三方库。
如果再把编译器展开成3个过程，那就变成了下面的过程：
2.1 预处理（预编译）
在linux操作系统gcc环境下
在预处理阶段，源文件和头文件会被处理成为
.i
为后缀的文件。
在
gcc
环境下想观察一下，对
test.c 文
件预处理后的.i文件，命令如下：
gcc -E test.c -o test.i
这个-E就是把在gcc环境下test.c 文件停留到预处理结束阶段用-o命令把此刻文件生成为test.i，所以，此刻文件就是预处理之后的文件。
预处理阶段主要处理那些源文件中#开始的预编译指令。如：#include,#define，处理的规则如下：
•
将所有的
#define
删除，并展开所有的宏定义。
•
处理所有的条件编译指令，如：
#if
、
#ifdef
、
#elif
、
#else
、
#endif
。
•
处理#include 预编译指令，将包含的头文件的内容插入到该预编译指令的位置。这个过程是递归进行的，也就是说被包含的头文件也可能包含其他文件。
•
删除所有的注释
•
添加行号和文件名标识，方便后续编译器生成调试信息等。
•
或保留所有的#pragma的编译器指令，编译器后续会使用。
经过预处理后的.i文件中不再包含宏定义，因为宏已经被展开。并且包含的头文件都被插入到.i文件中。所以当我们无法知道宏定义或者头文件是否包含正确的时候，可以查看预处理后的.i文件来确认。
2.2 编译
编译过程就是将预处理后的文件进行一系列的：
词法分析、语法分析、语义分析及优化
，生成相应的汇编代码文件。
gcc -S test.i -o test.s
就是把test.i文件进行-o处理，就是编译处理最后结果生成的文件为test.s
对下面代码进行编译的时候，会怎么做呢？假设有下面的代码
array
[index] = (index+
4
)*(
2
+
6
);
2.2.1 词法分析
将源代码程序被输入
扫描器
，扫描器的任务就是简单的进行词法分析，把代码中的字符分割成一系列的记号（关键字、标识符、字面量、特殊字符等）。
上面程序进行词法分析后得到了16个记号：
2.2.2 语法分析
接下来
语法分析器
，将对扫描产生的记号进行语法分析，从而产生语法树。这些语法树是以
表达式
为节点的树。
2.2.3 语义分析
由语义分析器来完成语义分析，即对表达式的语法层面分析。编译器所能做的分析是语义的静态分 析。静态语义分析通常包括声明和类型的匹配，类型的转换等。这个阶段会报告错误的语法信息。
注意：编译结束时，此刻的代码就是汇编代码
2.3 汇编
编译完接下来一步就是汇编了，汇编就是把汇编代码生成机器指令
gcc -c test.s -o test.o
把test.s进一步加工通过-o就是把这个文件汇编成test.o的文件，这时的文件就是目标文件。 此刻就是把c的源文件通过编译（预处理-编译-汇编）一个大步骤生成目标文件
汇编器是将
汇编代码转变成机器可执行的指令
，每一个汇编语句几乎都对应一条机器指令。就是根
据
汇编指令和机器指令的对照表一一的进行翻译，也不做指令优化
。
2.4 链接
链接是一个复杂的过程，链接的时候需要把一堆目标文件链接在一起才生成可执行程序。
链接过程主要包括：地址和空间分配，符号决议和重定位等这些步骤。
链接解决的是
一个项目中多文件、多模块之间互相调用
的问题。
我们已经知道，每个源文件都是单独经过编译器处理生成对应的目标文件。
test.c
经过编译器处理生成
test.o
add.c
经过编译器处理生成
add.o
我们在
test.c
的文件中使用了
add.c 文
件中的
Add
函数
我们在
test.c 文
件中每一次使用
Add 函数的时候必须确切的知道 Add
的地址，但是由于每个文件是单独编译的，在编译器编译
test.c
的时候并不知道 Add 函数变量的地址，所以暂时把调用 Add 的指令的目标地址搁置，
等待最后链接的时候由链接器根据引用的符号 Add 在其他模块中查找 Add 函数的地址，然后将 test.c 中所有引用到Add 的指令重新修正，让他们的目标地址为真正的 Add 函数的地址，
这个地址修正的过程也被叫做：
重定位
链接结束后，就生成了我们想要的
可执行程序
。
3. 运行环境
1.
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。
2.
程序的执行便开始。接着便调用main函数。
3.
开始执行程序代码。这个时候程序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。程序同时也可以使用静态（static）内存，存储于静态内存中的变量在程序的整个执行过程一直保留他们的值。
4.
终止程序。正常终止main函数；也有可能是意外终止。
结束语
本篇博客总结了编译和链接涉及C语言的有关知识，其实很多内部的细节无法展开总结。比如：目标文件的格式elf，链接底层实现中的空间与地址分配，符号解析和重定位等，如果有兴趣，可以看《程序的自我修养》一书和我的博客搭配着来详细了解这方面的知识。
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