計(jì)算機(jī)漫游1-Computer Systems筆記之編譯系統(tǒng)
從helloworld程序的前半生簡(jiǎn)單介紹編譯系統(tǒng)
一個(gè)簡(jiǎn)單的hello.c程序：
#include
Int main(){
? ? Printf(“hello, world!\n”);
}
在linux下在shell中直接輸入：gcc -0 hello hello.c然后找到home目錄愿吹，就可以發(fā)現(xiàn)多出來(lái)了一個(gè)hello可執(zhí)行程序绣檬。然后再在shell中敲入：./hello就可以看到shell上已經(jīng)打印出“hello搀玖，world！”字符串了妄荔。
先憑自己理解的畫個(gè)hello.c文件運(yùn)行的過(guò)程：
上面的圖用最簡(jiǎn)潔語(yǔ)言描述就是：創(chuàng)建-->運(yùn)行-->出結(jié)果-->終止箩绍。但是礁扮，看似簡(jiǎn)單的東西背后一般都有很復(fù)雜的過(guò)程就珠。為了搞清楚這個(gè)過(guò)程，可以詢問(wèn)下hello.c它在這個(gè)過(guò)程中都經(jīng)歷了啥瓷耙。
問(wèn)：hello.c朱躺，你從出生到進(jìn)入休息狀態(tài)都經(jīng)歷了什么啊搁痛？
Hello.c：我經(jīng)歷的事情可多了长搀！嗯，主要?dú)v程分為兩個(gè)（因?yàn)橹魅司驮趕hell中輸入了兩條命令）鸡典，先說(shuō)說(shuō)我的前半生—在編譯系統(tǒng)中經(jīng)歷的四次格式轉(zhuǎn)換過(guò)程吧：
首先源请，主人通過(guò)“一號(hào)輸入小幫手”鍵盤把我送進(jìn)了電腦的硬盤里頭存起來(lái)，
接著主人在”口令發(fā)號(hào)中心“shell中用命令“gcc -o hello hello.c”告訴系統(tǒng)要執(zhí)行我，系統(tǒng)收到這個(gè)命令巢钓，就開始了我前半生的風(fēng)雨漂流：
我先是來(lái)到了四哥“預(yù)處理器”的辦公場(chǎng)所病苗，看見有兩個(gè)倉(cāng)庫(kù)：一個(gè)寫著“#include”，一個(gè)寫著“#define”症汹。我查了查自己的程序文本硫朦，發(fā)現(xiàn)我恰好有“#include”開頭的東西，走進(jìn)去后四哥立即將stdio.h放到我的程序文本中背镇，這時(shí)候咬展，我從hello.c變成了hello.i，表示“被修改的源程序”瞒斩；
緊接著破婆，我被送往三哥“編譯器”那里，三哥太厲害了胸囱，三下五除二就把我翻譯成了二哥“匯編器”能識(shí)別的匯編語(yǔ)言祷舀，這樣，我的每條語(yǔ)句都以一種標(biāo)準(zhǔn)的文本格式確切地描述了一條低級(jí)機(jī)器語(yǔ)言指令烹笔，此時(shí)裳扯，我又從hello.i變成了hello.s，表示“匯編程序”谤职；
然后饰豺，我就來(lái)到了二哥“匯編器”這里，二哥告訴我大哥“連接器”比他更厲害允蜈，但是很懶冤吨，在掌握了超級(jí)難的機(jī)器語(yǔ)言后就不想再去學(xué)其他東西了，所以才有了他們?nèi)齻€(gè)弟弟饶套，（其實(shí)應(yīng)該是在說(shuō)主人很笨吧漩蟆，看不懂機(jī)器語(yǔ)言和匯編吧：（），于是凤跑，我被二哥翻譯成了機(jī)器語(yǔ)言指令爆安，并把這些指令打包成一種叫做“可重定位目標(biāo)程序”的格式叛复，然后呢仔引，我終于從hello.s變成了目標(biāo)文件hello.o了（此時(shí)我也搖身一變，從文本文件變成了二進(jìn)制文件）褐奥！要是主人在這個(gè)時(shí)候打開我咖耘，看到的就將是一堆亂碼。
最后撬码，我終于來(lái)到了大哥“鏈路器”這里儿倒，并在大哥的幫助下，找到了程序中printf函數(shù)需要的另一個(gè)標(biāo)文件printf.o，大哥將我們合并夫否，由此彻犁，我們就成了“可執(zhí)行”的目標(biāo)文件hello了。
然后我的前半生就到這了凰慈，回到磁盤中休息并等待主人的第二次命令汞幢，需要我的時(shí)候再出來(lái)。
老師告訴我上面hello.c經(jīng)歷上午四個(gè)過(guò)程剛好構(gòu)成編譯系統(tǒng)（compilation system）：
1）預(yù)處理階段（Preprocessing phase）：預(yù)處理器（preprocessor微谓，cpp）根據(jù)字符“#”開頭的命令修改原始的C程序（就是由你自己寫的那個(gè)程序）森篷，即插入所有用#include命令指定的文件，擴(kuò)展所有用#define聲明指定的宏豺型。例如仲智，hello.c文件中第一行的“#include ”命令告訴預(yù)處理器去讀取系統(tǒng)頭文件stdio.h的內(nèi)容，并把它插入到程序文本中姻氨。然后hello.c的后綴就是.i钓辆。（這一步可以用命令”gcc -E hello.c -o hello.i”查看預(yù)處理過(guò)程）
2）編譯階段（Compilation phase）：編譯器（compiler，ccl）將文本文件hello.i轉(zhuǎn)化為由匯編語(yǔ)言程序構(gòu)成的hello.s文本文件肴焊。每一條匯編指令都包括確切的對(duì)于一個(gè)低級(jí)機(jī)器語(yǔ)言指令的描述岩馍。（這一步通過(guò)命令”gcc -S hello.i -o hello.s”查看）
3）匯編階段（Assembly phase）：匯編器（assembler，as）將文本文件hello.s轉(zhuǎn)化成由機(jī)器語(yǔ)言構(gòu)成的hello.o二進(jìn)制文件抖韩。hello.o是機(jī)器代碼的一種形式蛀恩，包含所有指令的二進(jìn)制表示，但還未填入地址的全局值茂浮，比如全局變量的地址（這一步可用命令”gcc -c hello.s -o hello.o)
4）鏈接階段（Linking phase）：因?yàn)閔ello程序調(diào)用了printf函數(shù)双谆，而printf函數(shù)存在于一個(gè)名為printf.o的單獨(dú)編譯好的目標(biāo)文件中，鏈路器（linker席揽，ld）就負(fù)責(zé)將printf.o與hello.o合并起來(lái)的工作顽馋，最后得到hello可執(zhí)行目標(biāo)文件，可以被加載到內(nèi)存中幌羞，由系統(tǒng)執(zhí)行寸谜。（其實(shí)hello就是hello.exe，在執(zhí)行時(shí)可以將后綴省略属桦，使用命令”gcc hello.o –o hello.exe”）
轉(zhuǎn)換文件如下：
hello.c
hello.i
hello.s
hello.o
最后就是可執(zhí)行文件hello了熊痴，這里就不展示了，因?yàn)橥琱ello.o一樣也是一堆亂碼聂宾。
