源码要运行,必须先转成二进制的机器码。这是编译器的任务。
比如,下面这段源码(假定文件名叫做test.c)。
#include <stdio.h> int main(void) { fputs("Hello, world!\n", stdout); return 0; }要先用编译器处理一下,才能运行。
$ gcc test.c $ ./a.out Hello, world!对于复杂的项目,编译过程还必须分成三步。
$ ./configure $ make $ make install编译过程流程图:
一.编译的具体过程 1. 配置(configure)编译器在开始工作之前,需要知道当前的系统环境,比如标准库在哪里、软件的安装位置在哪里、需要安装哪些组件等等。这是因为不同计算机的系统环境不一样,通过指定编译参数,编译器就可以灵活适应环境,编译出各种环境都能运行的机器码。这个确定编译参数的步骤,就叫做"配置"(configure)。
这些配置信息保存在一个配置文件之中,约定俗成是一个叫做configure的脚本文件。通常它是由autoconf工具生成的。编译器通过运行这个脚本,获知编译参数。
configure脚本已经尽量考虑到不同系统的差异,并且对各种编译参数给出了默认值。如果用户的系统环境比较特别,或者有一些特定的需求,就需要手动向configure脚本提供编译参数。
$ ./configure --prefix=/www --with-mysql上面代码是php源码的一种编译配置,用户指定安装后的文件保存在www目录,并且编译时加入mysql模块的支持。
2. 确定标准库和头文件的位置源码肯定会用到标准库函数(standard library)和头文件(header)。它们可以存放在系统的任意目录中,编译器实际上没办法自动检测它们的位置,只有通过配置文件才能知道。
编译的第二步,就是从配置文件中知道标准库和头文件的位置。一般来说,配置文件会给出一个清单,列出几个具体的目录。等到编译时,编译器就按顺序到这几个目录中,寻找目标。
3. 确定依赖关系对于大型项目来说,源码文件之间往往存在依赖关系,编译器需要确定编译的先后顺序。假定A文件依赖于B文件,编译器应该保证做到下面两点。
(1)只有在B文件编译完成后,才开始编译A文件。 (2)当B文件发生变化时,A文件会被重新编译。编译顺序保存在一个叫做makefile的文件中,里面列出哪个文件先编译,哪个文件后编译。而makefile文件由configure脚本运行生成,这就是为什么编译时configure必须首先运行的原因。
在确定依赖关系的同时,编译器也确定了,编译时会用到哪些头文件。
4. 头文件的预编译(precompilation)不同的源码文件,可能引用同一个头文件(比如stdio.h)。编译的时候,头文件也必须一起编译。为了节省时间,编译器会在编译源码之前,先编译头文件。这保证了头文件只需编译一次,不必每次用到的时候,都重新编译了。
不过,并不是头文件的所有内容,都会被预编译。用来声明宏的#define命令,就不会被预编译。
5. 预处理(Preprocessing)预编译完成后,编译器就开始替换掉源码中bash的头文件和宏。以本文开头的那段源码为例,它包含头文件stdio.h,替换后的样子如下。
extern int fputs(const char *, FILE *); extern FILE *stdout; int main(void) { fputs("Hello, world!\n", stdout); return 0; }为了便于阅读,上面代码只截取了头文件中与源码相关的那部分,即fputs和FILE的声明,省略了stdio.h的其他部分(因为它们非常长)。另外,上面代码的头文件没有经过预编译,而实际上,插入源码的是预编译后的结果。编译器在这一步还会移除注释。
这一步称为"预处理"(Preprocessing),因为完成之后,就要开始真正的处理了。
6. 编译(Compilation)预处理之后,编译器就开始生成机器码。对于某些编译器来说,还存在一个中间步骤,会先把源码转为汇编码(assembly),然后再把汇编码转为机器码。
下面是本文开头的那段源码转成的汇编码。
.file "test.c" .section .rodata .LC0: .string "Hello, world!\n" .text .globl main .type main, @function main: .LFB0: .cfi_startproc pushq %rbp .cfi_def_cfa_offset 16 .cfi_offset 6, -16 movq %rsp, %rbp .cfi_def_cfa_register 6 movq stdout(%rip), %rax movq %rax, %rcx movl $14, %edx movl $1, %esi movl $.LC0, %edi call fwrite movl $0, %eax popq %rbp .cfi_def_cfa 7, 8 ret .cfi_endproc .LFE0: .size main, .-main .ident "GCC: (Debian 4.9.1-19) 4.9.1" .section .note.GNU-stack,"",@progbits这种转码后的文件称为对象文件(object file)。
注:make (gcc), 其调用 gcc 执行编译的过程依赖于配置文件makefile
7. 连接(Linking)