編譯和連接

1. 預(yù)處理（Prepressing）

• 將所有的#define刪除，并展開宏定義。
• 處理所有的條件預(yù)編譯，比如#if #ifdef #elif #else #endif。
• 處理#include預(yù)編譯指令，將包含的文件插入到該預(yù)編譯指令的位置，注意，這個(gè)過程是遞歸。
• 刪除所有的//和/* */
• 添加行號和文件名標(biāo)識(shí)
• 保留所有的#pragma 編譯指令

2. 編譯（Compilation）

編譯就是把預(yù)處理完的文件進(jìn)行一系列的詞法分析、語法分析、語義分析及優(yōu)化后生產(chǎn)相應(yīng)的匯編代碼文件。

gcc 這個(gè)命令只是后臺(tái)程序的包裝，它會(huì)根據(jù)不同的參數(shù)要求去調(diào)用預(yù)編譯編譯程序cc1、匯編器as、鏈接器來ld。

3. 匯編（Assembly）

將匯編代碼轉(zhuǎn)變成機(jī)器可以執(zhí)行的指令

4. 鏈接（Linking）

1. 詞法分析
   首先源代碼程序被輸入到掃描器（scanner），它運(yùn)用一種類似有限狀態(tài)機(jī)（Finite State Machine）的算法將源代碼的字符序列分割成一系列的記號（Token）
2. 語法分析
   語法分析器（Grammar Parser）將對由掃描器產(chǎn)生的記號進(jìn)行語法分析，產(chǎn)生語法樹（Syntax Tree），整個(gè)過程采用長下文無關(guān)語法（Context-free Grammar）的分析手段。語法樹就是以表達(dá)式（Expression）為及節(jié)點(diǎn)的樹。
3. 語義分析
   由語義分析器（Semantic Analyer） 來完成。所能分析的語義是靜態(tài)語義（Static Semantic），通常包括聲明和類型的匹配、類型的轉(zhuǎn)換。
4. 中間語言生成
   源碼級優(yōu)化器（Source Code Optimizer）將整個(gè)語法樹轉(zhuǎn)換成中間代碼（Intermediate Code）
5. 目標(biāo)代碼的生成與優(yōu)化
   源代碼級優(yōu)化器產(chǎn)生中間代碼標(biāo)志著下面的過程都屬于編輯器后端，主要包括的代碼生成器（Code Generator）和目標(biāo)優(yōu)化器（Target Code Optimizer）。代碼生成器將中間代碼轉(zhuǎn)換目標(biāo)機(jī)器碼。
6. 鏈接
   鏈接的主要過程包括：地址和空間分配（Adress and Storage Allocation）、符號決議（symbol resolution） 和 重定向（Relocation）等步驟。

目標(biāo)文件是什么樣的

目標(biāo)文件的內(nèi)容至少有編譯后的機(jī)器指令代碼，數(shù)據(jù)。還有鏈接時(shí)所需要的信息，如符號表，調(diào)試信息，字符串等。

• 程序源代碼編譯后的機(jī)器指令經(jīng)常被放在代碼段（Code Setion），常見名字有“.code”和 “.text”
• 全局變量和局部靜態(tài)變量數(shù)據(jù)經(jīng)常放在數(shù)據(jù)段（Data Section），一般名字叫“.data”
• .bss段（Block Started by Symbol）只是為未初始化的全局變量和局部靜態(tài)變量預(yù)留位置而已，并沒有內(nèi)容，它在文件中不占據(jù)空間。

自定義段

GCC提供了一個(gè)擴(kuò)展機(jī)制，使得程序員可以指定變量所處的段：

_attribute_((section("FOO"))) int global = 42;
_attribute_((section("Bar"))) void foo ( )
{
}

我們在全局變量或者函數(shù)之前加上“_attribute_((section("name")))”屬性就可以把相應(yīng)的變量或者函數(shù)放到以“name”作為段名的段中。

ELF文件結(jié)構(gòu)描述

ELF文件結(jié)構(gòu)圖

靜態(tài)鏈接

1.空間與地址分配

主要有兩種方式：按序疊加和相似段合并。按序疊加會(huì)造成內(nèi)存空間大量的內(nèi)部碎片。所以一個(gè)更實(shí)際的方法是將相同性質(zhì)的段合并在一起，叫做相似段合并。比如將所有輸入文件的“.text”段合并到輸出文件的“.text”段。使用這相思段合并方法的鏈接器一般都采用一種叫兩步鏈接（Two-pass Linking）的方法，也就說整個(gè)過程分兩步。

1. 空間與地址分配
2. 符號解析與重定位

裝載與動(dòng)態(tài)鏈接