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程序员的自我修养

源码执行过程

源码执行的过程可以被分成四部分

1. 预处理(Prepressing)：主要处理那些源码中以 # 开始的预编译指令，例如 #include、#define
2. 编译(Compilation)：把预处理完的文件进行一系列词法分析、语法分析、语义分析以及优化后生产相应的汇编代码文件
3. 汇编(Assembly)：汇编器是将汇编代码转变成机器可以执行的指令，每一个汇编语句几乎都对应一条机器指令。汇编器根据汇编指令和机器指令的对照表一一翻译就可以了
4. 链接(Linking)

以 hello.c、hello1.c、hello2.c 为例

// hello2.c
int mul(int a, int b){
 return a * b;
}

// hello1.c
#include "hello2.c"
int add(int a, int b) {
 return a + b;
}

// hello.c
#include "hello1.c"
int main() {
 add(1, 2);
 return 0;
}

使用命令 gcc -E hello.c -o hello.i，对 hello.c 进行 预处理

# 0 "hello.c"
# 0 "<built-in>"
# 0 "<command-line>"
# 1 "/usr/include/stdc-predef.h" 1 3 4
# 0 "<command-line>" 2
# 2 "hello.c"
# 1 "hello1.c" 1
# 1 "hello2.c" 1
int mul(int a, int b){
 return a * b;
}

# 2 "hello1.c" 2
int add(int a, int b) {
 return a + b;
}
# 2 "hello.c" 2
int main() {
 add(1, 2);
 return 0;
}

#include 会递归执行

• 在预处理阶段删除 #define 并展开所有的宏定义
• 处理的条件预编译指令 #if、#ifdef、#elif、#else、#endif
• 处理 #include 将包含的文件插入到该预编译指令的位置
• 删除所有的注释
• 添加行号和文件名标识
• 保留 #pragma 编译器指令，编译器要用到

使用 gcc -S hello.i -o hello.s 将预处理后的文件编译得到汇编代代码

汇编文件内容较多，不贴代码

使用 gcc -c hello.s -o hello.o 得到机器指令的文件，但是这个文件还不可以执行

在最后执行了链接之后，才能够执行

编译器做了什么

编译器就是将高级语言翻译成机器语言的工具之一

使用汇编语言或机器指令编写程序效率低下，且机器语言和汇编依赖特定机器，一个专门为某种 CPU 编写的程序在另一种 CPU 下完全无法运行

使用高级语言能够使开发者尽量少的考虑计算机本身的限制：字长、内存大小、通信方式、存储方式等

英文	中文
Source Code	源码
Scanner	扫描器
Tokens	记号
Parser	语法分析
Syntax Tree	语法树
Semantic Analyzer	语义分析
Commented Syntax Tree	语法树
Source Code Optimizer	源码级优化器
Intermediate Representation	中间代码
Code Generator	目标代码生成
Target Code	目标代码
Code Optimizer	目标代码优化器

扫描器：简单地进行词法分析，运用类似有限状态机的算法可以将源代码的字符序序列分割成一系列的记号(Token)

通过 Scanner 扫描器的词法分析产生的记号 Token 一般分为一下几类：关键字、标识符、字面量(数字、字符串等)和特殊符号（加号、减号等）

语法分析工具有 lex

array[index] = (index + 4) * (2 + 6);

上面的代码通过扫描器之后会得到 16 个 Token

Token	类型
Array	标识符
[	左方括号
index	标识符
]	右方括号
=	赋值
(	左圆括号
index	标识符
+	加号
4	数字
)	右圆括号
*	乘号
(	左圆括号
2	数字
+	加号
6	数字
)	右圆括号

语法分析器(Grammar Parser) 对扫描器(Scanner) 产生的记号进行语法分析，从而产生语法树(Syntax Tree)，整个过程采用上下文无关语法(Context-Free Grammar)

通过语法分析器生成的语法树就是以表达式为节点的树

赋值表达式、加法表达式、乘法表达式、数组表达式、括号表达式等

词法分析工具有 yacc(Yet Another Compiler Compiler)，可以根据用户给定的语法规则对输入的记号序列进行解析，从而构建出一颗语法树

对于不同的语言，编译器的开发者只需要改变语法规则，而无需为每个编译器编写一个语法分析器