為什么我們編寫的C語言要進行編譯？什么是編譯？編譯時發(fā)生了什么？

機器無法理解我們編寫的C語言，而編譯就是將面向人類的高級語言轉(zhuǎn)換成為面向機器的機器語言的過程，圖1是GCC編譯器進行編譯的過程，編譯時主要分為了4個階段，每個階段的具體作用將在接下來進行介紹。

注：預(yù)處理中的cpp不是 c plus plus，而是c pre-process

Part1預(yù)處理

命令：gcc -E hello.c -o hello.i

編譯過程的第一步預(yù)就是預(yù)處理，預(yù)處理結(jié)束后會產(chǎn)生一個后綴為(.i)的臨時文件，這一步由預(yù)處理器完成。預(yù)處理器主要完成以下任務(wù)。

1.1 頭文件展開

#include ：在系統(tǒng)指定路徑下尋找stdio.h；

#include "stdio.h" ：在當(dāng)前路徑下尋找stdio.h 如果找不到則在系統(tǒng)指定路徑下尋找stdio.h。

1.2 條件編譯

根據(jù)不同情況編譯不同代碼、產(chǎn)生不同目標(biāo)文件的機制，稱為條件編譯。條件編譯是預(yù)處理程序的功能，不是編譯器的功能；

這些操作都是在預(yù)處理階段完成的，多余的代碼以及所有的宏都不會參與編譯，不僅保證了代碼的正確性，還減小了編譯后文件的體積；

條件編譯主要處理內(nèi)容為：#if，#ifdef，#ifndef, #if defined(AAA), #if defined AAA。

1.3 #define替換

將宏定義的常量或函數(shù)進行替換。

Part2編譯

命令：gcc -S hello.c -o hello.s

C 中的編譯階段使用內(nèi)置編譯器軟件將 （.i） 臨時文件轉(zhuǎn)換為具有匯編級指令（低級代碼）的匯編文件 （.s）。為了提高程序的性能，編譯器將中間文件轉(zhuǎn)換為程序集文件；

匯編代碼是一種簡單的英文語言，用于編寫低級指令（在微控制器程序中，我們使用匯編語言）。整個程序代碼由編譯器軟件一次性解析（語法分析），并通過終端窗口告訴我們源代碼中存在的任何語法錯誤或警告。

Part3匯編

命令：gcc -c hello.c -o hello.o。

使用匯編程序?qū)⒊绦蚣壌a（.s 文件）轉(zhuǎn)換為機器可理解的代碼（二進制/十六進制形式）。匯編程序是一個預(yù)先編寫的程序，它將匯編代碼轉(zhuǎn)換為機器代碼。它從程序集代碼文件中獲取基本指令，并將其轉(zhuǎn)換為特定于計算機類型（稱為目標(biāo)代碼）的二進制/十六進制代碼；

生成的文件與程序集文件同名，在 DOS 中稱為擴展名為 .obj 的對象文件，在 UNIX 操作系統(tǒng)中擴展名為 .o；

如圖2顯示了組裝階段如何工作的示例。程序集文件 hello.s 將轉(zhuǎn)換為具有相同名稱但擴展名不同的對象文件 hello.o。

圖2

Part4鏈接

命令：gcc hello.c -o hello

鏈接是將庫文件包含在我們的程序中的過程。庫文件是一些預(yù)定義的文件，其中包含機器語言中的函數(shù)定義，這些文件的擴展名為.lib。一些未知語句寫入我們的操作系統(tǒng)無法理解的對象 （.o/.obj） 文件中。你可以把它理解為一本書，里面有一些你不知道的單詞，你會用字典來找到這些單詞的含義。同樣，我們使用庫文件來為對象文件中的一些未知語句賦予意義。鏈接過程會生成一個可執(zhí)行文件，其擴展名為 .exe 在 DOS 中為 .out，在 UNIX 操作系統(tǒng)中為 .out；

如上圖2，顯示了鏈接階段如何工作的示例，我們有一個具有機器級代碼的對象文件，它通過鏈接器傳遞，鏈接器將庫文件與對象文件鏈接以生成可執(zhí)行文件。

Part5****結(jié)論

• C中的編譯過程也稱為將人類可理解代碼（C程序）轉(zhuǎn)換為機器可理解代碼（二進制代碼）的過程；
• C語言的編譯過程包括四個步驟：預(yù)處理、編譯、匯編和鏈接；
• 預(yù)處理器執(zhí)行刪除注釋、宏擴展、文件包含。這些命令在編譯過程的第一步執(zhí)行；
• 編譯器可以提高程序的性能，并將中間文件轉(zhuǎn)換為匯編文件；
• 匯編程序有助于將匯編文件轉(zhuǎn)換為包含機器代碼的對象文件；
• 鏈接器用于將庫文件與對象文件鏈接。這是編譯中生成可執(zhí)行文件的最后一步。