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  • 编译器的工作过程

    简单的说,其实要理解cpp文件与头文件有什么不同之处,首先需要弄明白编译器的工作过程,一般说来编译器会做以下几个过程:

    1.预处理阶段(也就是常说的切token)

    2.词法与语法分析阶段

    3.编译阶段首先编译成纯汇编语句,再将之汇编成跟CPU相关的二进制码,生成各个目标文件 (.obj文件)

    4.连接阶段将各个目标文件中的各段代码进行绝对地址定位,生成跟特定平台相关的可执行文件,当然,最后还可以用objcopy生成纯二进制码,也就是去掉了文件格式信息。(生成.exe文件)

    编译器在编译时是以cpp文件为单位进行的也就是说如果你的项目中一个cpp文件都没有,那么你的项目将无法编译。连接器是以目标文件为单位,它将一个或多个目标文件进行函数与变量的重定位(确定每个函数和变量相对于程序起始位置的地址,这里还不是真正的内存的地址,真正内存的地址要等到程序载入器根据某个寄存器的地址确定),生成最终的可执行文件。在PC上的程序开发,一般都有一个main函数,这是各个编译器的约定。当然,你如果自己写连接器脚本的话,可以不用main函数作为程序入口!!!!

      (main .c文件  目标文件  可执行文件)

    有了这些基础知识,再言归正传,为了生成一个最终的可执行文件,就需要一些目标文件,也就是需要cpp文件,而这些cpp文件中又需要一个main函数作为可执行程序的入口,那么我们就从一个cpp文件入手,假定这个cpp文件内容如下:

    main.c函数

    #include <stdio.h>
    #include "mytest.h"
    
    int main(int argc,char **argv)
    { 
        test = 25;
        printf("test.................%d
    ",test);
        return 0;
    }

    mytest.h头文件内容如下:

    int test;

    现在以这个例子来讲解编译器的工作:

    1.预处理阶段:编译器以cpp文件作为一个单元,首先读这个cpp文件,发现第一句与第二句包含一个头文件,就会在所有搜索路径中寻找这两个头文件,找到之后,就会到相应头文件中再去处理宏、变量、函数声明、嵌套的头文件等,检测依赖关系,进行宏替换,看是否有重复定义与声明的情况发生,最后将那些文件中所有的东东全部扫描进这个当前的cpp文件中,形成一个中间"cpp文件"。

    在这一步中相当于将那个头文件中的test变量扫描进了一个中间cpp文件,那么test变量就变成了这个文件中的一个全局变量。在stdio.h这个头文件中有一些函数的声明,这时也把这些函数的声明一股脑的扫描到了这个中间cpp文件中(只是扫描了函数的声明,并没有实现)。

    2.编译阶段:此时就为这个中间cpp文件的所有变量、函数形参分配空间(原则上,在这里只能看到.h文件中函数、变量的声明,为变量和函数的形参等分配空间),将各个函数编译成二进制码,按照特定目标文件格式生成目标文件,在这种格式的目标文件中进行各个全局变量、函数的符号描述(编译器维护一个符号描述表),将这些二进制码按照一定的标准组织成一个目标文件。

    此时的每一个cpp文件都被编译器编译成了一个目标文件,同时每个目标文件都有一张符号表,这张符号表中记录了这个cpp文件都用到了哪些变量,哪些函数,函数的参数是什么类型的,有几个参数。同时为变量和函数形参开辟了内存空间。所以这里编译器把你这个cpp用到的所有的东西都记录下来了,如果有重复定义或者没有定义的变量、函数等,编译器一下子就知道了。

    3.连接阶段:将上一步成生的各个目标文件,根据一些参数,连接生成最终的可执行文件,主要的工作就是重定位各个目标文件的函数、变量等,相当于将个目标文件中的二进制码按一定的规范合到一个文件中。

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