程序编译详解

编译程序读取源程序（字符流），对之进行词法和语法的分析，将高级语言指令转换为功能等效的汇编代码，再由汇编程序转换为机器语言，并且按照操作系统对可执行文件格式的要求链接生成可执行程序。总过程如下：

C源程序－>编译预处理（对源文件进行词法分析和语法分析，确认符合语法规则）－>编译（将其翻译成中间代码或汇编代码）－>优化程序（对中间代码等进行优化）－>汇编程序（把汇编代码翻译成目标机器指令）－>链接程序（将相关的目标文件彼此相连接，形成统一的整体）－>可执行文件

1.编译预处理  读取c源程序，语法检查，对其中的伪指令（以#开头的指令）和特殊符号进行处理，预编译程序所要作得工作就是通过词法分析和语法分析，在确认所有的指令都符合语法规则

伪指令：

1）宏定义指令，如# define Name TokenString等。

2）条件编译指令，如#ifdef,#ifndef,#else,#elif,#endif,等等。这些伪指令的引入

使得程序员可以通过定义不同的宏来决定编译程序对哪些代码进行处理。预编译程序将根

据有关的文件，将那些不必要的代码过滤掉。

3）头文件包含指令，如#include "FileName"或者#include <FileName>等

2.编译阶段

经过预编译确认所有的指令都符合语法规则之后，编译阶段负责将其翻译成等价的中间代码表示或汇编代码。

3.优化阶段

优化处理是编译系统中一项比较艰深的技术，优化一部分是对中间代码的优化，这种优化不依赖于具体的计算机，另一种优化则主要针对目标代码的生成而进行的。

对于前一种优化，主要的工作是删除公共表达式、循环优化（代码外提、强度削弱、变换

循环控制条件、已知量的合并等）、复写传播，以及无用赋值的删除，等等。

后一种类型的优化同机器的硬件结构密切相关，最主要的是考虑是如何充分利用机器的各

个硬件寄存器存放的有关变量的值，以减少对于内存的访问次数。另外，如何根据机器硬

件执行指令的特点（如流水线、RISC、CISC、VLIW等）而对指令进行一些调整使目标代码比较短，执行的效率比较高，也是一个重要的研究课题。

4.汇编过程

汇编过程实际上指把汇编语言代码翻译成目标机器指令的过程。目标文件中所存放的

也就是与源程序等效的目标的机器语言代码。

 目标文件由段组成。通常一个目标文件中至少有两个段：

代码段  该段中所包含的主要是程序的指令，该段一般是可读和可执行的，但一般却不可

写。 

数据段  主要存放程序中要用到的各种全局变量或静态的数据。一般数据段都是可读，可

写，可执行的。

5.链接程序

由汇编程序生成的目标文件并不能立即就被执行，其中可能还有许多没有解决的问题。例

如，某个源文件中的函数可能引用了另一个源文件中定义的某个符号（如变量或者函数调

用等）；在程序中可能调用了某个库文件中的函数，等等，所有的这些问题，都需要经链

接程序的处理方能得以解决。

链接程序的主要工作就是将有关的目标文件彼此相连接，也即将在一个文件中引用的符号同该符号在另外一个文件中的定义连接起来，使得所有的这些目标文件成为一个能够被操作系统装入执行的统一整体。

根据开发人员指定的同库函数的链接方式的不同，链接处理可分为两种：

（1）静态链接  也就是我们常说的LIB文件，在这种链接方式下，函数的代码将从其所在地静态链接库中被拷贝到最终的可执行程序中。这样该程序在被执行时这些代码将被装入到该进程的虚拟地址空间中。静态链接库实际上是一个目标文件的集合，其中的每个文件含有库中的一个或者一组相关函数的代码。

 （2）动态链接  也就是我们常说的DLL文件，在此种方式下，函数的代码被放到称作是动态链接库或共享对象的某个目标文件中。链接程序此时所作的只是在最终的可执行程序中记录下共享对象的名字以及其它少量的登记信息。在此可执行文件被执行时，动态链接库的全部内容将被映射到运行时相应进程的虚地址空间。动态链接程序将根据可执行程序中记录的信息找到相应的函数代码。

     对于可执行文件中的函数调用，可分别采用动态链接或静态链接的方法。使用动态

链接能够使最终的可执行文件比较短小，并且当共享对象被多个进程使用时能节约一些内

存，因为在内存中只需要保存一份此共享对象的代码。但并不是使用动态链接就一定比使

用静态链接要优越。在某些情况下动态链接可能带来一些性能上损害。

  经过上述五个过程，C源程序就最终被转换成可执行文件了。