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1、UNIX系统开发－编译过程概述编译过程概述了解一些编译知识的读者都知道，所谓编译，就是在编译程序读取源程序（字符流），对之进行词法和语法的分析，将高级语言指令转换为功能等效的汇编代码，再由汇编程序转换为机器语言，并且按照操作系统对可执行文件格式的要求链接生成可执行程序。UNIX环境下的C编译系统所遵循的也是这么一个一般的过程。值得注意的是这个过程并不是有某个单个程序完成的，而是有多个分别完成某一方面工作的程序组合完成的。这一设计思想同我们最初提到的UNIX系统软件功能专一的特点是相符的。归纳起来，可以将U
2、NIX环境下C编译系统的工作过程下图所示。C源程序头文件－－>预编译处理（cpp)－－>编译程序本身－－>优化程序－－>汇编程序－－>链接程序-->可执行文件一般我们用cc命令来完成对源程序的编译工作。此cc命令并不是一个二进制的可执行程序，而是一个shell命令文件。它的工作就是依次调用我们上面所列出的各个完成某部分工作的具体程序，将指定的c源程序转换成可执行的代码。1.编译预处理在此阶段，预编译程序读取c源程序，对其中的伪指令（以#开头的指令）和特殊符号进行处理。C语言中的伪指令主要包括以下四个方面(
3、1)宏定义指令，如#defineNameTokenString,#undef等。对于前一个伪指令，预编译所要作得的是将程序中的所有Name用TokenString替换，但作为字符串常量的Name则不被替换。对于后者，则将取消对某个宏的定义，使以后该串的出现不再被替换。（2）条件编译指令，如#ifdef,#ifndef,#else,#elif,#endif,等等。这些伪指令的引入使得程序员可以通过定义不同的宏来决定编译程序对哪些代码进行处理。预编译程序将根据有关的文件，将那些不必要的代码过滤掉（3）头文件包
4、含指令，如#include"FileName"或者#include等。在头文件中一般用伪指令#define定义了大量的宏（最常见的是字符常量），同时包含有各种外部符号的声明。采用头文件的目的主要是为了使某些定义可以供多个不同的C源程序使用。因为在需要用到这些定义的C源程序中，只需加上一条#include语句即可，而不必再在此文件中将这些定义重复一遍。预编译程序将把头文件中的定义统统都加入到它所产生的输出文件中，以供编译程序对之进行处理。包含到c源程序中的头文件可以是系统提供的，这些头文
5、件一般被放在/usr/include目录下。在程序中#include它们要使用尖括号（<>)。另外开发人员也可以定义自己的头文件，这些文件一般与c源程序放在同一目录下，此时在#include中要用双引号（""）。关于预编译程序如何搜索头文件，后面我们将要介绍。（4）特殊符号，预编译程序可以识别一些特殊的符号。例如在源程序中出现的LINE标识将被解释为当前行号（十进制数），FILE则被解释为当前被编译的C源程序的名称。预编译程序对于在源程序中出现的这些串将用合适的值进行替换。从上述过程我们可以看到，预编译程
6、序所完成的基本上是对源程序的“替代”工作。经过此种替代，生成一个没有宏定义、没有条件编译指令、没有特殊符号的输出文件。这个文件的含义同没有经过预处理的源文件是相同的，但内容有所不同。下一步，此输出文件将作为编译程序的输出而被翻译成为机器指令。2.编译阶段经过预编译得到的输出文件中，将只有常量。如数字、字符串、变量的定义，以及C语言的关键字，如main,if,else,for,while,{,},+,-,*,，等等。预编译程序所要作得工作就是通过词法分析和语法分析，在确认所有的指令都符合语法规则之后，将其
7、翻译成等价的中间代码表示或汇编代码。这种等价的中间代码表示或汇编代码由于是编译程序按照一种比较固定的、相对而言比较机械的方法转换得到的。自然我们不能指望它具有比较高的效率。但一般情况下，我们在这方面的要求也不是很高，这样得到的代码也就基本上可以了。但特殊情况下还要对此种程序进行优化，以期产生效率比较高的代码。3.优化阶段优化处理是编译系统中一项比较艰深的技术。它涉及到的问题不仅同编译技术本身有关，而且同机器的硬件环境也有很大的关系。优化一部分是对中间代码的优化。这种优化不依赖于具体的计算机。另一种优化则主
8、要针对目标代码的生成而进行的。上图中，我们将优化阶段放在编译程序的后面，这是一种比较笼统的表示。对于前一种优化，主要的工作是删除公共表达式、循环优化（代码外提、强度削弱、变换循环控制条件、已知量的合并等）、复写传播，以及无用赋值的删除，等等。后一种类型的优化同机器的硬件结构密切相关，最主要的是考虑是如何充分利用机器的各个硬件寄存器存放的有关变量的值，以减少对于内存的访问次数。另外，如何根据机器硬件执行指令的特点（如流水线、RI
