學(xué)過C語言的人都應(yīng)該知道，我們所編輯的C語言程序是不能直接放到機(jī)器上運行的，它只不過是一個帶".c"后綴的文件（也稱為源代碼）而已，需要經(jīng)過一定的處理才能轉(zhuǎn)換成機(jī)器上可運行的可執(zhí)行文件。我們將對C語言的這種處理過程稱為編譯與鏈接。

編譯就是把文本形式源代碼翻譯為機(jī)器語言形式的目標(biāo)文件過程。

鏈接是把目標(biāo)文件、操作系統(tǒng)的啟動代碼和用到的庫文件進(jìn)行組織最終形成可執(zhí)行代碼的過程。編譯和鏈接的過程圖解如下：

從圖上可知，整個代碼的編譯過程分為編譯和鏈接兩個過程，其中編譯對應(yīng)圖中的大括號括起來部分，其余則為鏈接過程。

其中編譯過程又分為兩個階段：編譯和匯編。

編譯是讀取源程序（字符流），對之進(jìn)行詞法和語法的分析，將高級語言指令轉(zhuǎn)換為功能等效的匯編代碼，源文件的編譯過程主要包含兩個階段：

第一個階段是：預(yù)處理階段，在正式的編譯階段之前進(jìn)行。預(yù)處理階段將根據(jù)已放置的文件中的預(yù)處理指令來修改源文件的內(nèi)容。如#include指令就是一個預(yù)處理指令，他把文件的內(nèi)容添加到.cpp文件中。這個在編譯之前修改源文件的方式提供了很大的靈活性，以適應(yīng)不同的計算機(jī)和操作系統(tǒng)環(huán)境的限制。一個環(huán)境所需要的可執(zhí)行代碼跟另一個環(huán)境所需要的可執(zhí)行代碼可能有所不同，因為可用的硬件體系結(jié)構(gòu)和操作系統(tǒng)不同所致。在許多情況下（特別是在嵌入式開發(fā)中），可以把用于不同環(huán)境的代碼放在同一個文件中，再在預(yù)處理階段修改代碼，使之適應(yīng)環(huán)境。

預(yù)處理階段主要是以下幾方面的處理：

1）、宏定義指令，如#define、M a；

對于這種偽指令，預(yù)編譯所要做的是將程序中的所有M用a來替換，一定要注意作為字符常量a則不被替換（因為已經(jīng)是常量，其值已經(jīng)是確定的）。與之相對應(yīng)的還有#undef，則是將取消對某個宏的定義，使之在后面出現(xiàn)時再不被替換。

2）、條件編譯指令，如#ifdef、 #ifndef、#else、#elif、#endif等。

這些偽指令的引入使得程序員可以通過定義不同的宏來決定編譯程序?qū)δ男┐a進(jìn)行處理。換言而之也就是預(yù)編譯程序?qū)⒏鶕?jù)有關(guān)的文件，將哪些不必要的代碼過濾掉。

3）、頭文件包含指令，如#include等。

在頭文件中一般用偽指令#define定義了大量的宏（最常見的是字符常量），同時包含各種外部符號的聲明。采用頭文件的主要目的是為了使某些定義可以供多個不同的C源程序使用。因為當(dāng)需要使用到這些定義的C源程序中，只需要加上一條#include語句即可，而不必在此文件中將這些定義重復(fù)一遍。預(yù)編譯程序?qū)杨^文件中定義統(tǒng)統(tǒng)加入到它所產(chǎn)生的輸出文件中，以供編譯程序?qū)χ幚怼Ｔ趌inux操作系統(tǒng)中包含到C源程序中的頭文件可以是系統(tǒng)提供的，這些頭文件一般被放在/usr/include/目錄下。在程序中使用它們，#include要使用尖括號<>；另外開發(fā)人員也可以定義自己的頭文件，這些文件一般與C源程序放在同一目錄下，此時在#include中要使用""。

4）、特殊符號，預(yù)編譯程序可以識別一些特殊的符號。

例如，在源程序中出現(xiàn)的LINE標(biāo)識符將被解釋為當(dāng)前行號（十進(jìn)制），FILE則被解釋為當(dāng)前被編譯的C源程序的文件名稱，FUNCTION則被解釋為當(dāng)前被編譯的C源程序中的函數(shù)名稱。預(yù)編譯程序?qū)τ谠谠闯绦蛑谐霈F(xiàn)的這些串將用合適的值進(jìn)行替換，這些常常是配套使用，用來進(jìn)行對程序的調(diào)試。

最后需要著重強(qiáng)調(diào)一點的是預(yù)處理階段并不屬于預(yù)編譯過程，這經(jīng)常是初學(xué)者容易搞錯的。

預(yù)編譯程序所完成的基本上是對源程序的"替換"工作。經(jīng)過此替換后，生成一個沒有宏定義、沒有條件編譯指令、沒有特殊符號的輸出文件。這個文件的含義同沒有經(jīng)過預(yù)處理的源文件是相同的，但內(nèi)容有所不同。下一步，此輸出文件將作為編譯程序的輸出而被翻譯成為機(jī)器指令。

第二個階段是：編譯、優(yōu)化，經(jīng)過預(yù)編譯得到的輸出文件中只有常量，一般都是一些指令。

編譯程序所要做的工作就是通過詞法分析和語法分析，在確認(rèn)所有指令都是符合語法規(guī)則之后，將其翻譯成等價的中間代碼表示或匯編代碼。

優(yōu)化處理是編譯系統(tǒng)中一項比較復(fù)雜高深的技術(shù)。它涉及到的問題不僅同編譯技術(shù)有關(guān)，而且跟機(jī)器的硬件環(huán)境也有關(guān)。優(yōu)化一部分是對中間代碼的優(yōu)化，這種優(yōu)化不依賴于具體的計算機(jī)。另一種優(yōu)化則主要針對目標(biāo)代碼的生成而進(jìn)行的,這種優(yōu)化與硬件環(huán)境有莫大的關(guān)系。

對于前一種優(yōu)化，主要的工作是刪除公共表達(dá)式、循環(huán)優(yōu)化（代碼外提、強(qiáng)度消弱、變換循環(huán)控制條件、已知量的合并等）、復(fù)寫傳播及無用賦值的刪去等等。

后一種類型的優(yōu)化同機(jī)器的硬件結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，最主要的是考慮是如何充分利用機(jī)器的各個硬件寄存器存放的有關(guān)變量的值，以減少對于內(nèi)存的訪問次數(shù)（要知道內(nèi)存資源對于計算機(jī)至關(guān)重要，控制好它可以大幅提高計算機(jī)的運算速度）。另外，如何根據(jù)機(jī)器硬件執(zhí)行指令的特點（如流水線、RISC、CISC、VLIW等）而對指令進(jìn)行一些調(diào)整使目標(biāo)代碼比較短，執(zhí)行的效率比較高，也是一個重要的研究課題。

匯編實際上指把匯編語言代碼翻譯成目標(biāo)機(jī)器指令的過程。對于被翻譯系統(tǒng)處理的每一個C語言源程序，都將最終經(jīng)過這一處理而得到相應(yīng)的目標(biāo)文件。目標(biāo)文件中所存放的也就是與源程序等效的目標(biāo)的機(jī)器語言代碼。目標(biāo)文件由段組成。通常一個目標(biāo)文件中至少有兩個段：代碼段和數(shù)據(jù)段；

代碼段：該段中所包含的主要是程序的指令。該段一般是可讀和可執(zhí)行的，但一般卻不可寫。
數(shù)據(jù)段：主要存放程序中要用到的各種全局變量或靜態(tài)的數(shù)據(jù)。一般數(shù)據(jù)段都是可讀，可寫，可執(zhí)行的。

UNIX環(huán)境下主要有三種類型的目標(biāo)文件：
1）可重定位文件：其中包含有適合于其它目標(biāo)文件鏈接來創(chuàng)建一個可執(zhí)行的或者共享的目標(biāo)文件的代碼和數(shù)據(jù)。
2）共享的目標(biāo)文件：這種文件存放了適合于在兩種上下文里鏈接的代碼和數(shù)據(jù)。第一種是鏈接程序可把它與其它可重定位文件及共享的目標(biāo)文件一起處理來創(chuàng)建另一個目標(biāo)文件；第二種是動態(tài)鏈接程序?qū)⑺c另一個可執(zhí)行文件及其它的共享目標(biāo)文件結(jié)合到一起，創(chuàng)建一個進(jìn)程映象。
3）可執(zhí)行文件：它包含了一個可以被操作系統(tǒng)創(chuàng)建一個進(jìn)程來執(zhí)行的文件。匯編程序生成的實際上是第一種類型的目標(biāo)文件。對于后兩種還需要其他的一些處理方能得到，這個就是鏈接程序的工作了。

鏈接過程是由匯編程序生成的目標(biāo)文件并不能立即就被執(zhí)行，其中可能還有許多沒有解決的問題。?例如，某個源文件中的函數(shù)可能引用了另一個源文件中定義的某個符號（如變量或者函數(shù)調(diào)用等）；在程序中可能調(diào)用了某個庫文件中的函數(shù)，等等。所有的這些問題，都需要經(jīng)鏈接程序的處理方能得以解決。
鏈接程序的主要工作就是將有關(guān)的目標(biāo)文件彼此相連接，也即將在一個文件中引用的符號同該符號在另外一個文件中的定義連接起來，使得所有的這些目標(biāo)文件成為一個能夠按操作系統(tǒng)裝入執(zhí)行的統(tǒng)一整體。
根據(jù)開發(fā)人員指定的同庫函數(shù)的鏈接方式的不同，鏈接處理可分為兩種：

?? ?我們大家在編程過程中對“鏈接”這個詞并不陌生，鏈接所解決的問題即是將我們自己寫的代碼和別人寫的庫集成在一起。鏈接可以分為靜態(tài)鏈接與動態(tài)鏈接，下文將分別講解這兩種方式的特點與其區(qū)別。

靜態(tài)鏈接

• 特點：在生成可執(zhí)行文件的時候(鏈接階段)，把所有需要的函數(shù)的二進(jìn)制代碼都包含到可執(zhí)行文件中去。因此，鏈接器需要知道參與鏈接的目標(biāo)文件需要哪些函數(shù)，同時也要知道每個目標(biāo)文件都能提供什么函數(shù)，這樣鏈接器才能知道是不是每個目標(biāo)文件所需要的函數(shù)都能正確地鏈接。如果某個目標(biāo)文件需要的函數(shù)在參與鏈接的目標(biāo)文件中找不到的話，鏈接器就報錯了。目標(biāo)文件中有兩個重要的接口來提供這些信息：一個是符號表，另外一個是重定位表。
• 優(yōu)點：在程序發(fā)布的時候就不需要的依賴庫，也就是不再需要帶著庫一塊發(fā)布，程序可以獨立執(zhí)行。
• 缺點：
• 程序體積會相對大一些。
• 如果靜態(tài)庫有更新的話，所有可執(zhí)行文件都得重新鏈接才能用上新的靜態(tài)庫。

動態(tài)鏈接

• 特點：?在編譯的時候不直接拷貝可執(zhí)行代碼，而是通過記錄一系列符號和參數(shù)，在程序運行或加載時將這些信息傳遞給操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)將需要的動態(tài)庫加載到內(nèi)存中，然后程序在運行到指定的代碼時，去共享執(zhí)行內(nèi)存中已經(jīng)加載的動態(tài)庫可執(zhí)行代碼，最終達(dá)到運行時連接的目的。
• 優(yōu)點：?多個程序可以共享同一段代碼，而不需要在磁盤上存儲多個拷貝。
• 缺點：?由于是運行時加載，可能會影響程序的前期執(zhí)行性能。

庫

? ? ? ? ??上面的文章多次提到庫(lib)這個概念，所謂的庫就是一些功能代碼經(jīng)過編譯連接后的可執(zhí)行形式。 ? ? ? ? ? ? ?大家在Windows平臺上見到的.dll文件和linux平臺下so動態(tài)庫都為輸入庫。
? ? ? ? ? ?? 庫也有靜態(tài)lib和動態(tài)lib之分：

靜態(tài)lib將導(dǎo)出聲明和實現(xiàn)都放在lib中。編譯后所有代碼都嵌入到宿主程序。

動態(tài)lib相當(dāng)于一個h文件，是對實現(xiàn)部分（.dll文件）的導(dǎo)出部分的聲明。編譯后只是將導(dǎo)出聲明部分編譯到宿主程序中，運行時候需要相應(yīng)的dll文件支持。

我們在linux使用的gcc編譯器便是把以上的幾個過程進(jìn)行捆綁，使用戶只使用一次命令就把編譯工作完成，這的確方便了編譯工作，但為了初學(xué)者了解編譯過程，下圖便給出了gcc代理的編譯過程：

從上圖可以看到：
a、預(yù)編譯
將.c?文件轉(zhuǎn)化成?.i文件
使用的gcc命令是：gcc?–E
對應(yīng)于預(yù)處理命令cpp

b、編譯
將.c/.h文件轉(zhuǎn)換成.s文件
使用的gcc命令是：gcc?–S
對應(yīng)于編譯命令?cc?–S

c、匯編
將.s?文件轉(zhuǎn)化成?.o文件
使用的gcc?命令是：gcc?–c
對應(yīng)于匯編命令是?as

d、鏈接
將.o文件轉(zhuǎn)化成可執(zhí)行程序
使用的gcc?命令是：?gcc
對應(yīng)于鏈接命令是?ld

總結(jié)起來編譯過程就上面的四個過程：預(yù)編譯、編譯、匯編、鏈接。了解了這四個過程中所做的工作，對我們理解頭文件、庫等的工作過程是有幫助的，而且清楚的了解編譯鏈接過程還對我們在編程時定位錯誤，以及編程時盡量調(diào)動編譯器的檢測錯誤會有很大的幫助的。

轉(zhuǎn)載：http://blog.csdn.net/q_l_s/article/details/51314663

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的C语言的编译链接过程详解的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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