源代码是如何变成可执行文件的

2021-06-20

当我们编写一个C代码时要执行该代码我们可以通过clang source.c即可生成a.out文件用来执行，可这个过程，gcc生成的这个目标文件是如何来的呢？本文旨在讨论与分析它的来源。本文使用的是android-studio的ndk自带的/Android/Sdk/ndk/22.1.7171670/toolchains/llvm/prebuilt/linux-x86_64/bin/clang。

可执行文件的生成

一个可执行文件需要经过几个步骤：

预处理
编译
汇编
链接

编写一个简单的示例

#include <stdio.h>
#include "hello.h"

int main()
{
    int a = 1;
    int b = 2;
    add(a, b);
}

int add(int a, int b)
{
    int sum = a + b;
    printf("add result:%d", sum);
    return sum;
}

命名该源文件为hello.c,并引入相应的.h文件，hello.h只有一行代码int add(int a, int b);

预处理

当我们执行clang -E hello.c -o hello.i时,会生成一个名为hello.i的预处理文件,让我们打开这个文件看看。

可以看到，原本只有数行的代码，经过预处理之后膨胀到750行。所以我们看看它到底做了什么。看看下面的代码：

1
2
3

# 1 "./hello.h" 1
int add(int *, int *);
# 3 "hello.c" 2

预处理把hello.h里的add的声明给“拿”到了源代码里，并添加了其所在.h文件里的位置行号。是不是这样呢？其实源代码还引入了studio.h这个头文件，那我们看看第858+1行是不是倒数第二行，其最后一行的代码是不是extern int __overflow (FILE *, int);就可以知道。

可以看到，确实是把引入的头文件的代码给引入到源代码里来了，实际上预处理是一个递归的过程，把需要用到的头文件的内容都会在预处理阶段搬到源代码里来，如果没有用到就不会啦。

当我们执行的是这样一段指令代码时clang -E -target arm-linux-android21 hello.c -o hello.i，

可以发现android的armv7a的预处理的引用的是ndk里的stdio.h，而不是我们常规环境下的stdio.h头文件哦，我们还是以android下的环境为主吧。

编译

编译阶段是把预处理文件转换为汇编文件的这么一个过程，我们可以使用clang -S -target arm-linux-android21 hello.i -o hello.s来生成一个名为hello.s的汇编文件。

那么在生成汇编文件的过程，编译器到底干了些什么呢？编译器在编译的阶段主要干了这么几件事

词法分析
语法分析
语义分析
代码优化

词法分析

扫描器通过有限状态机算法，将源代码的字符序列分割成一系列Token