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用C语言构建一个可执行程序的流程

从用C语言写源代码,然后经过编译器、连接器到最终可执行程序的流程图大致如下图所示。


图:C语言源代码编译流程图

从图中我们可以清晰地看到C语言编译器的大致流程。

首先,我们先用C语言把源代码写好,然后交给C语言编译器。C语言编译器内部分为前端和后端。

编译器前端

前端负责将C语言代码进行词法和语法上的解析,然后可以生成中间代码。

中间代码这部分不是必须的,但是它能够为程序的跨平台移植带来诸多好处。比如,同样的一份C语言源代码在一台计算机上编译完之后,生成一套中间代码。然后针对不同的目标平台(比如要将这一套代码分别编译成 ARM 处理器的二进制机器码、MIPS 处理器的二进制机器码以及 x86 处理器的二进制机器码),只需要编写相应目标平台的编译器后端即可。

所以,这么做就可以把编译器的前端与后端剥离开来(这在软件工程上又可称为解耦合),不同处理器厂商可以针对自家的处理器特性,对中间代码生成到目标二进制代码的过程再度进行优化。

编译器后端

接下来,由C语言编译器后端生成源文件相应的目标文件。

目标文件在 Windows 系统上往往是.obj文件,而在 Unix/Linux 系统上往往是.o文件,C语言的源文件在所有平台上都统一用.c文件表示。

链接器

最后,对于各个独立的目标文件,通过连接器将它们合并成一个最终可执行文件。

连接器与C语言编译器是完全独立的。所以,只要最终目标代码的 ABI(应用程序二进制接口)一致,我们可以把各个编译器生成的目标代码都放在一起,最后连接生成一个可执行文件。比如:
  • 有些源代码可用 GCC 编译;
  • 有些使用 Clang 编译;
  • 还有些汇编语言源文件可直接通过汇编器生成目标代码。

最后将所有这些生成出来的目标代码连接为可执行文件。最终用户可以在当前的操作系统上加载可执行文件进行执行。操作系统利用加载器将可执行文件中相关的机器码存放到内存中来执行应用程序。