C语言的实现经过（C代码到CPU执行）

2018-01-05  创建人：Ruo_Xiao
2018-01-06  修改人：Ruo_Xiao
1、添加编辑器之后，预处理之前的编译器的操作。
2、添加对优化器的简单的说明。
2018-01-12  修改人：Ruo_Xiao
修正最后的逻辑总图，添加“源代码处理”。
2018-01-20  修改人：Ruo_Xiao
增加对编译器和连接器更详细的说明。

一、概括

C源代码 -> C编辑器 -> 源代码处理 -> 预处理器 -> C编译器 ->（优化器） -> 连接器 -> 可执行文件 -> CPU执行

二、C源代码

英文：Source Code。

三、C编辑器

用C语言编写的程序都存储在文本文件中，该文件被称为源代码文件（Source Code Files），大多数系统都以“.c”为扩展名。
拓展：点号“.”前面的部分被称为基本名（Basename），点号后面的部分被称为扩展名（Extension），基本名和拓展名的组合被称为文件名。
常用的C编辑器有：
（1）windows：记事本（notepad）。（需要修改扩展名）
（2）Linux：Vi、Vim。
（3）Unix：emacs、jove、Vi、X Window System文本编辑器。
有的C编辑器具有自动纠错功能，例如Vim。

四、源代码处理

1、编译器把源代码中出现的字符映射到源字符集，该过程处理多字节字符和三字符序列。
2、编译器定位每个反斜杠后面跟着换行符实例，并删除它们。也就是说把下面两个物理行（physical line）：

printf("Hello,my\wife!/n");

转化为一个逻辑行（logical line）。

printf("Hello,my wife!/n");

3、编译器将文本划分成预处理记号序列、空白序列和注释序列（记号是由空格、制表符或换行符分隔的项）。这里，编译器将空白字符序列和注释序列用一个空格替换。所以下面代码

int/*我是注释！*/i = 0;

变成了

int i = 0;

五、预处理器

预处理器是在真正的编译开始之前由编译器调用的独立程序。
预处理器指令以#号开头标识，末尾不包含分号。
主要功能有文件包含、宏替换、条件编译等。
在编译的预处理阶段实现的功能：
（1）将头文件加载到代码中。
（2）对宏进行替换。等等
再根据条件编译指令，最终生成新的源代码，传给编译器。

六、C编译器

英文： C Compiler。
是将经过预处理器处理之后的C代码翻译成对应于各种CPU能够执行的可执行代码的程序。
拓展：可执行代码，用计算机的机器语言表示的代码，这种语言是由数字码表示的指令组成，即CPU的微指令。
编译器检查的是语法、函数与变量的声明是否正确。
存储编译器生成的可执行代码的文件被称为目标文件（Object file）。
拓展：目标文件
（1）扩展名：
Unix/Linux：“.o”。
Windows：“.obj”。
（2）目标文件虽然包含机器语言代码，但是不能直接运行，原因如下：
A、缺少启动代码（Startup Code），启动代码充当着程序和操作系统的之间的接口。
B、缺少库函数代码，只是包含了库函数的指令。
种类
（1）GNU编译器集合（GCC，其中包含GCC C 编译器），Linux和Unix下使用gcc即可调用GCC C 编译器。
（2）GCC编译器在windows上的运行的软件是Cygwin和MinGW。
（3）LLVM项目的Clang编译器，通过clang调用，应用于Linux和FreeBSD（默认）中。
（4）VC和VS。
（5）cc 是 Unix系统的 C Compiler，一个是古老的 C 编译器。

七、优化器

对目标代码进行进一步处理，使其效率更高。
只针对Release，Debug不进行处理。

八、连接器

将编译器生成的目标文件中的代码、系统的标准启动代码和库代码三者合并成一个文件，即可执行文件。
主要是链接函数和全局变量。链接器会在所有的Object File中找寻函数的实现，如果找不到，那到就会报链接错误码（Linker Error）。在VC下，这种错误一般是：Link 2001错误，意思说是说，链接器未能找到函数的实现，你需要指定函数的ObjectFile。

九、可执行文件

windows：扩展名为“.exe”。
Unix/Linux：扩展名“.out”。

十、CPU执行

能让CPU执行的只要其特有的微指令集。
可执行文件就是由微指令集中的指令构成，故在windows下，双击exe就可以让CPU开始按照C源代码中所设想的那样工作了。

十一、流程图

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