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程序执行过程

以下是 hello.c 的 C 语言源程序代码。

#include <stdio.h>

int main()
{
    printf("hello, world\n");
}

Unix 系统上,从源文件到目标文件的转化是由编译器驱动程序完成的:

linux> gcc -o hello hello.c

在这里,GCC 编译器驱动程序读取源程序文件 hello.c,并把它翻译成一个可执行目标文件 hello。这个翻译过程可分为四个阶段完成,如图所示。执行这四个阶段的程序(预处理器、编译器、汇编器和链接器)一起构成了编译系统(compilation system)。

类图

  • 预处理阶段。预处理器(cpp)根据以字符 # 开头的命令,修改原始的 C 程序。比如 hello.c 中第 1 行的 #include <stdio.h> 命令告诉预处理器读取系统头文件 stdio.h 的内容,并把它直接插入程序文本中。结果就得到了另一个 C 程序,通常是以 .i 作为文件扩展名。

  • 编译阶段。编译器(ccl)将文本文件 hello.i 翻译成文本文件 hello.s,它包含一个汇编语言程序。对同一台机器来说,不管什么高级语言,编译转换后的输出结果使用的都是同一种机器级代码。

  • 汇编阶段。接下来,汇编器(as)将 hello.s 翻译成机器语言指令,把这些指令打包成一种叫做 可重定位目标程序(relocatable object program) 的格式,并将结果保存在目标文件 hello.o 中。hello.c 文件是一个二进制文件,它包含的 17 个字节是函数 main 的指令编码。

  • 链接阶段。请注意,hello 程序调用了 printf 函数,它是每个 C 编译器都提供的标准 C 库中的一个函数。printf 函数存在一个名为 printf.o 的单独的预编译好了的目标文件中,而这个文件必须以某种方式合并到我们的 hello.o 程序中。链接器(ld)就负责处理这种合并。结果就得到 hello 文件,它是一个可执行目标文件(或者简称为可执行文件),可以被加载到内存中,由系统执行。

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