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非常值得一看的::C语言编译全过程剖析

专家
2010-05-20 14:47:12     打赏

C语言编译全过程剖析

编译的概念: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。
   
编译的完整过程:C源程序-->预编译处理(.c)-->编译、优化程序(.s.asm)-->汇编程序(.obj.o.a.ko)-->链接程序(.exe.elf.axf等)


1.
编译预处理


   
读取c源程序,对其中的伪指令(以#开头的指令)和特殊符号进行处理
伪指令主要包括以下四个方面:
 
1)宏定义指令,如#define Name TokenString#undef等。
对于前一个伪指令,预编译所要做的是将程序中的所有NameTokenString替换,但作为字符串常量的 Name则不被替换。对于后者,则将取消对某个宏的定义,使以后该串的出现不再被替换。
 
2)条件编译指令,如#ifdef#ifndef#else#elif#endif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。
在头文件中一般用伪指令#define定义了大量的宏(最常见的是字符常量),同时包含有各种外部符号的声明。
   
采用头文件的目的主要是为了使某些定义可以供多个不同的C源程序使用。因为在需要用到这些定义的C源程序中,只需加上一条#include语句即可,而不必再在此文件中将这些定义重复一遍。预编译程序将把头文件中的定义统统都加入到它所产生的输出文件中,以供编译程序对之进行处理。
   
包含到c源程序中的头文件可以是系统提供的,这些头文件一般被放在/usr/include目录下。在程序中#include它们要使用尖括号(< >)。另外开发人员也可以定义自己的头文件,这些文件一般与c源程序放在同一目录下,此时在#include中要用双引号("")。
 
4)特殊符号,预编译程序可以识别一些特殊的符号。
例如在源程序中出现的LINE标识将被解释为当前行号(十进制数),FILE则被解释为当前被编译的C源程序的名称。预编译程序对于在源程序中出现的这些串将用合适的值进行替换。
  
预编译程序所完成的基本上是对源程序的替代工作。经过此种替代,生成一个没有宏定义、没有条件编译指令、没有特殊符号的输出文件。这个文件的含义同没有经过预处理的源文件是相同的,但内容有所不同。下一步,此输出文件将作为编译程序的输出而被翻译成为机器指令。


 2.
编译、优化阶段


   
经过预编译得到的输出文件中,只有常量;如数字、字符串、变量的定义,以及C语言的关键字,如main,if,else,for,while,{,}, +,-,*,\等等。
   
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

则之后,将其翻译成等价的中间代码表示或汇编代码。
   
优化处理是编译系统中一项比较艰深的技术。它涉及到的问题不仅同编译技术本身有关,而且同机器的硬件环境也有很大的关系。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优化。
   
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、RISCCISCVLIW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。
   
经过优化得到的汇编代码必须经过汇编程序的汇编转换成相应的机器指令,方可能被机器执行。


  3.
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。对于被翻译系统处理的每一个C语言源程序,都将最终经过这一处理而得到相应的目标文件。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。
 UNIX
环境下主要有三种类型的目标文件:
 
1)可重定位文件
其中包含有适合于其它目标文件链接来创建一个可执行的或者共享的目标文件的代码和数据。
 
2)共享的目标文件
  
这种文件存放了适合于在两种上下文里链接的代码和数据。
  
第一种是链接程序可把它与其它可重定位文件及共享的目标文件一起处理来创建另一个 目标文件;
 
第二种是动态链接程序将它与另一个可执行文件及其它的共享目标文件结合到一起,创建一个进程映象。
3)可执行文件
   
它包含了一个可以被操作系统创建一个进程来执行之的文件。
汇编程序生成的实际上是第一种类型的目标文件。对于后两种还需要其他的一些处理方能得到,这个就是链接程序的工作了。


  4.
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诶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
   
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
   
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。


总结:
    C
语言编译的整个过程是非常复杂的,里面涉及到的编译器知识、硬件知识、工具链知识都是非常多的,深入了解整个编译过程对工程师理解应用程序的编写是有很大帮助的,希望大家可以多了解一些,在遇到问题时多思考、多实践。
   
一般情况下,我们只需要知道分成编译和连接两个阶段,编译阶段将源程序(*.c)转换成为目标代码(,一般是obj文件,至于具体过程就是上面说的那些阶段),连接阶段是把源程序转换成的目标代码(obj文件)与你程序里面调用的库函数对应的代码连接起来形成对应的可执行文件(exe文件)就可以了,其他的都需要在实践中多多体会才能有更深的理解。




关键词: 非常     值得     看的     语言     编译     全过程     剖析     编译程    

菜鸟
2010-05-29 16:13:03     打赏
2楼

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单片机视频教程介绍
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点亮一个发光管 单片机能做什么,基本电子知识,C51知识简介,点亮
一个发光管,如何申请免费芯片样品。
二,流水灯设计蜂鸣器发声
简单延时程序、子程序调用、带参数子程序设计、流
水灯同时蜂鸣器响、如何驱动蜂鸣器,及如何驱动继
电器,集电极开路的概念及应用
三,数码管显示的原理、
数码管的静态显示共阳、共阴数码管显示原理、定时器工作方式介绍、
重点讲述工作方式2、中断概念及中断函数写法、定
时器中断应用
四,数码管的动态显示原理及应用实现  
动态扫描概念、定时器、中断加深
五,独立键盘、矩阵键盘的检测原理及实现
键盘检测、消抖、键盘编码、
带返回值函数写法及应用
六,AD、DA的工作原理及实现
模拟电压与数字电压的关系、
为什么要使用AD及DA、ADC0804的操作方法、DAC0832的操作方法
七,串口通讯原理及操作流程
串口通讯工作方式、重点讲述最常用的10位数据通讯、
波特率概念及如何根据波特率计算定时器初值
八,IIC总线AT24C02芯片工作原理,IIC总线工作原理、
目前非常通用的一种通信机制
九,1602液晶显示原理及实现
最简单液晶工作原理、如何开始对一个没有任何概念的芯片开始单片机的操作
十,电路图绘制全过程
最顶级电路板设计软件Altium Designer使用、
元件库、封装库设计、绘制原理图、错误检查、
生成PCB、手动、自动布线、送去加工
----------------------------------------------
◆◆AVR单片机视频内容◆◆:

第一讲:开发板和软件的操作使用
1、介绍配件。
2、安装软件(ICC AVR 和AVR STUDIO)及其使用,括新建工程、程序下载,仿真调试;整板测试;板上资源。
3、着重介绍一下USB接口的仿真器。
第二讲:AVR单片机的概述和C语言的基础知识
1、AVR单片机的概述包括它的优点、片上资源。
2、C语言的基础包括电平特性、2进制与16进制的表示及转换、二进制数的逻辑运算,数据类型,运算符。
3、着重讲一下特有的BIT()操作,C中的各种语句。
4、介绍一下AVR单片机IO口的配置。
第三讲:点亮发光二极管、驱动蜂鸣器、继电器
1、首先讲解一下原理图上开关电路、复位电路、时钟电路;
2、讲解573工作原理,
3、首先点亮一个发光二极管,然后让一个二极管亮灭变化。
4、编写函数证明573的工作原理:锁住后不导通就不能再更新数据。
5、编写延时函数,软件仿真查看延时的精确时间
6 子函数的编写(分带形参和不带形参)。
7、编写流水灯函数。
8、蜂鸣器,继电器的工作原理并编写程序。
第四讲:数码管工作原理
1、共阴共阳数码管内部结构,显示原理。
2、用数字万用表标定数码管的段选和位选
3、编写程序使1个数码管上显示数字
4、编写程序在6个数码管上滚动显示数字
5、重点讲解动态显示,保持时间,以及扫描频率对闪烁和亮暗程度的影响。
第五讲:键盘检测原理(比较复杂)
1、键盘作用,检测原理,如何消抖,独立键盘检测程序编写。
2、矩阵键盘检测程序编写,涉及到返回值函数调用。
第六讲:1602液晶的使用
1、看手册,管脚、写指令和数据、时序图。
2、编写程序,显示光标
3、编写程序显示字,
4、编写程序,滚动显示字符
第七讲:中断、定时器的原理和应用(比较复杂)
1、中断的概念,AVR单片机的中断
2、定时/计数器1几种模式的寄存器配置
3、定时器1普通模式下实现秒表
4、CTC模式输出方波
5、快速PWM模式输出PWM信号
6、相位修正PWM模式输出PWM信号
第八讲:AD、DA简介及其应用
1、AD简介,AVR内部AD寄存器设置
2、编写程序控制AD读写电位器输出的模拟电压
3、SPI串行通信简介
4、DA简介,AD5300时序图
5、编写程序控制DA输出模拟电压使发光二极管亮度变化
第九讲:TWI(IIC)
1、TWI(IIC)协议简介
2、AVR单片机内部TWI寄存器简介,操作流程
3、具有IIC协议的数字电位器芯片AD5161的简介
4、编写程序用独立键盘控制AD5161输出不同的阻值
第十讲:异步串口UART的简介和程序的编写
1、UART简介
2、AVR单片机内部与UART相关的寄存器的配置
3、编写程序控制AVR单片机和电脑进行通信
4、讲解串行通信时数字和字符之间的区别
第十一讲:PS2键盘、DS1302的工作原理和程序的编写
1、AVR单片机外部中断的介绍
2、PS2键盘的工作原理
3、讲解程序,读取PS2键盘的按键值并在1602液晶上显示
4、DS1302的工作原理
5、讲解程序,控制1302工作并在1602液晶上显示时间
--------------------------------------------------
◆◆MSP430单片机视频◆◆:

第一部分 硬件结构

第一讲 概述
第二讲 复位、中断和IO
第三讲 异步通信接口1
第四讲 异步通信接口2
第五讲 定时器
第六讲 FLASH
第七讲 ADC12
第二部分 软件使用
第一讲 软件使用
第三部分 基础程序
第一讲 入门和低功耗
第二讲 时钟和IO
第三讲 比较器和定时器和ADC
第四部分 模块程序
第一讲 控制电路和流水灯
第二讲 键盘
第三讲 蜂鸣器和数码管
第四讲 1602液晶和电平转换
第五讲 EEPROM和18B20和DS1302
第六讲 RS232和RS485接口
第七讲 USB接口
第八讲 ADC和DAC
==============================
◆◆PIC 单片机 视频◆◆
前言:时间:10分。
内容:MPLAB、PICC软件的安装、USB下载驱动安装。
Lesson1:时间:1小时44分。
内容:PIC单片机简介、软件使用方法、新建工程、软件调试、流水灯程序实现。
Lesson2:时间:27分。
内容:数码管的静态显示与动态显示原理及实现。
Lesson3:时间:53分。
内容:PIC单片机独立键盘检测原理及实现。
Lesson4:时间:45分。
内容:PIC单片机矩阵键盘检测原理及实现。
Lesson5:时间:46分。
内容:PIC单片机控制继电器原理及实现。
Lesson6:时间:2小时20分。
内容:PIC单片机控制DS18B20数字温度传感器原理及实现。
Lesson7:时间:53分。
内容:PIC单片机定时器0的使用方法。
Lesson8:时间:34分。
内容:PIC单片机定时器1的使用方法。
Lesson9:时间:32分。
内容:PIC单片机定时器2的使用方法。
Lesson10:时间:1小时01分。
内容:PIC单片机内部模数转换器AD的使用方法。
Lesson11:时间:1小时50分。
内容:PIC单片机内部SPI通信接口的使用方法。
Lesson12:时间:2小时12分。
内容:PIC单片机内部IIC通信接口的使用方法。
Lesson13:时间:53分。
内容:PIC单片机串行口使用。
===============================
【ARM培训视频】课程主要内容

1.概念和基本工具:
嵌入式系统基本概念、嵌入式操作系统介绍
嵌入式系统开发的过程和基本结构
Linux基本操作命令的使用
常用工具使用:vi /gcc/gdb等
编写shell程序 和makefile文件结构

2.硬件结构及原理讲解:
ARM7~ARM9体系结构体系结构介绍
ARM7(9)TDMI处理器内核及指令集介绍
讲解SUMSUNG 44B0X 开发板原理图
讲解SUMSUNG 2410 开发板原理图
ARM开发工具ADS的使用

3.Linux部分:
Uclinux,mizilinux系统引导程序bootloader原理和实现过程:Uboot、vivi等
ARM系统空间划分及系统映射方法
bootloader内核下载模式实现 :tftp、Xmoden
linux操作系统原理及组成
介绍linux系统目录组织结构
linux 运行基理,系统运行过程
配置裁减编译linux内核

4.讲解Linux进程特性:
进程属性和状态转换;进程控制与调度;进程相关系统调用,构建守护进程
进程间通信: 进程通信的基本概念,管道、信号、消息队列、信号量、共享内存。
网络通讯接口,socket通信编程。
串口通讯程序和编程实践
多线程程序设计

5.Linux设备驱动:
uClinux内核模块及设备驱动程序开发
介绍linux驱动程序分类和各自操作系统上下层接口
驱动开发实例:蜂鸣器驱动、按键驱动开发、串口驱动、触摸屏驱动、网络驱动开发、USB驱动、液晶屏驱动等


ARMlinux移植过程。
引导程序Uboot移植。
最小系统启动开发过程。
嵌入式文件系统移植:ramdisk、JFFS2、yaff

6.综合试验:
实现网络文件传输服务程序;
构建嵌入式WEB服务器;
移植mediaplay播放器
开发嵌入式视频服务器,基于H.264协议
**************************************
另有


=======第一部分单片机相关============
1,【单片机多媒体视频教程】(汇编)非常经典
2,【单片机入门与提高精品视频教程】(汇编),非常适合初学者.
3,【数电/模电精品视频教程】,非常适合初学者.
4,【汇编语言精品视频教程】,非常适合初学者.
5,【protel99se+DXP/2004 视频教程+实例】,非常适合初学者.
6, 【Protel(Altium Desinger)】电路设计视频教程
7, 【PowerPCB入门视频教程】
8,【单片机的C语言编程及电路设计培训视频教程】
9,【高等数学视频】
10, 【标准C语言入门与提高视频教程】非常经典
11,【AVR单片机入门与提高视频】
12,【MSP430单片机经典视频】
13,【PIC单片机经典视频】
14,【电路分析应用技术视频】
================第二部分嵌入式硬件部分====================
1,【ARM linux培训视频】 2.《学ARM和学单片机一样简单》视频教程
3,【ARM嵌入式LPC2200视频教学视频教程《嵌入式系统与结构》 】
4,【ARM7嵌入式S3C44B0视频教学《嵌入式微处理器原理及应用》】
5,【ARM嵌入式视频《嵌入式原理与应用》】
6,【Altera FPGA 视频教程】
7,【EDA(CPLD FPGA)入门与提高视频教程】
8,【dsp入门与提高视频教程】           9,【DSP多媒体教程】
10,【嵌入式系统开发技术视频】         11,【vhdl应用技术视频】
12,【PLC精品视频】                   13,【数控应用经典技术视频】
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菜鸟
2010-10-13 16:37:31     打赏
3楼

谢谢


菜鸟
2010-11-02 17:30:26     打赏
4楼
好东西,值得收藏啊

助工
2012-10-08 02:32:07     打赏
5楼

写的好!谢谢分享!


高工
2012-10-11 22:37:45     打赏
6楼
不错,学习了,了解这几个过程是非常重要和有用的~!

菜鸟
2015-09-28 22:04:15     打赏
7楼

很好



菜鸟
2015-10-15 21:17:35     打赏
8楼

gjhguikghkhikhjiljopjp



高工
2017-05-25 17:43:27     打赏
9楼
谢谢分享

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