C++ 编译过程

   一直对这块内容都很怵头，因为它看不到摸不着，我们只能盯着最后编译链接之后的结果是成功或是失败，但是却不知道编译器内部是如何操作的；

   每当编译器给出错误时我们都只是单纯的去处理错误，却不知道编译器是如何找出来的；

   我们都很熟悉许多编译错误，但是却不大熟悉链接错误，对链接错误产生的原因也不大清楚。

今天，通过自己的努力终于对C/C++的编译过程有了个粗略的了解，毕竟不想去翻《编译原理》这样的大部头书籍，但是又急于对编译的过程有个大概的了解，唉，这么多年来一直在苦苦挣扎，今天总算是对这个过程有了个大概的了解了。下面就说说我了解到的一些东西：

    首先是预编译，这一步可以粗略的认为只做了一件事情，那就是“宏展开”，也就是对那些#***的命令的一种展开，例如define MAX 1000就是建立起MAX和1000之间的对等关系，好在编译阶段进行替换。例如ifdef/ifndef就是从一个文件中有选择性的挑出一些符合条件的代码来交给下一步的编译阶段来处理。这里面最复杂的莫过于include了，其实也很简单，就是相当于把那个对应的文件里面的内容一下子替换到这条include***语句的地方来。

  其次是编译，这一步很重要，编译是以一个个独立的文件作为单元的，一个文件就会编译出一个目标文件。（这里插入一点关于编译的文件的说明，编译器通过后缀名来辨识是否编译该文件，因此“.h”的头文件一概不理会，而“.cpp”的源文件一律都要被编译，我实验过把.h文件的后缀名改为.cpp，然后在include的地方相应的改为***.cpp，这样一来，编译器就会编译许多不必要的头文件，只不过头文件里我们通常只放置声明而不是定义，因此最后链接生成的可执行文件的大小是不会改变的）清楚编译是以一个个单独的文件为单元的，这一点很重要，因此编译只负责本单元的那些事，而对外部的事情一概不理会，在这一步里，我们可以调用一个函数而不必给出这个函数的定义，但是要在调用前得到这个函数的声明（其实这就是include的本质，不就是为了给你提前提供个声明而好让你使用吗？至于那个函数到底是如何实现的，需要在链接这一步里去找函数的入口地址。因此提供声明的方式可以是用include把放在别的文件中的声明拿过来，也可以是在调用之前自己写一句void max(int,int);都行。），编译阶段剩下的事情就是分析语法的正确性之类的工作了。好啦，总结一下，可以粗略的认为编译阶段分两步：第一步，检验函数或者变量是否存在它们的声明；第二步，检查语句是否符合C++语法。

最后一步是链接，它会把所有编译好的单元全部链接为一个整体文件，其实这一步可以比作一个“连线”的过程，比如A文件用了B文件中的函数，那么链接的这一步会建立起这个关联。链接时最重要的我认为是检查全局空间里面是不是有重复定义或者缺失定义。这也就解释了为什么我们一般不在头文件中出现定义，因为头文件有可能被释放到多个源文件中，每个源文件都会单独编译，链接时就会发现全局空间中有多个定义了。

 

 

   1、编译预处理：　　
     编译器读取C源程序，对其中的预处理命令（以#开头）和特殊符号进行处理。预处理命令包括主要包括三种，一是宏定义命令，二是条件编译指令，三是头文件包含指令。采用头文件的目的是使某些定义可以供多个不同的C源程序使用。在需要用到这些定义的C源程序中，只需加上#include语句即可，而不必重新定义一遍。预编译程序将头文件中的代码统统加入到源文件，进而产生输出文件。
　　除了以上三种预处理命令，还有特殊符号。预编译程序可以识别一些特殊符号。例如在源程序中出现的LINE表示将被解释为十进制表示的当前行号。FILE则被解释为当前编译的源程序的文件名。

　　预编译程序完成的工作，可以说成是对源程序的“替换”工作。经过这个过程，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。

　　2、编译、优化：　　

       编译程序的工作是，通过词法分析、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或汇编代码。　　在生成中间代码或汇编代码过程中，可能涉及到优化处理。优化有两种：一种优化仅涉及代码本身，主要是删除公共表达式、循环优化、代码外提、无用 代码赋值等。另一种优化设计具体的计算机硬件，比如，如何根据机器硬件执行指令的特点对指令进行调整优化，减少目标代码长度，提高执行效率。中间代码或者汇编代码生成以后，编译程序将中间代码转换为目标机器指令的序列，得到对应于源程序的目标文件。目标文件中存放的也就是与源程序等效的目标机器的机器语言代码。目标文件一般至少包含2个段：代码段和数据段。

　　3、链接：

　　由第二阶段生成的若干对应于多个源程序的目标文件，并不能立即就被执行。其中存在一些问题，比如，某个源文件中的函数可能引用了另一个源文件中的某个符号（如变量或者函数等）；在一个源文件中可能调用了某个库文件中的函数，等等。这些问题，需要连接程序来解决。

　　连接程序的主要工作就是将有关的目标文件彼此连接。也就是将在一个文件中引用的符号同该符号在另一个文件中的定义连接起来。使得所有这些目标文件成为一个能够被操作系统执行的一个整体。

　　补充：链接库分为2种

　　静态链接

　　在这种连接方式下，函数的代码将直接拷贝到最终的可执行文件中。该程序被执行时候，会被装入该进程的虚拟地址空间中。静态链接库实际上是一个或若干目标文件。

　　动态链接

　　这种方式下，函数的代码被放到称作动态连接库或共享对象的某个目标文件中。链接程序此时的工作只是在生成的可执行文件中，记录下共享对象的名字以及少量关键信息。动态连接库可以被多个进程共享，在运行时候内存中只有一个实例。

　　二者比较

　　使用动态链接能够使可执行文件较小，并且当共享对象被多个进程使用时节省内存。但有时候系统运行改变或省级，不能保证动态连接库一定可用、有效。