編譯原理源代碼
A. 編譯器編譯原理：預處理，編譯，匯編，鏈接各步驟詳解
編譯器編譯原理：預處理，編譯，匯編，鏈接各步驟詳解
C和C++編譯器的編譯流程主要分為四個階段：預處理、編譯、匯編和鏈接。預處理階段主要處理源代碼中的宏定義和包含文件，將包含的文件內容插入到源代碼中。編譯階段則檢查代碼的語法正確性，並將其轉換為匯編語言。匯編階段將匯編語言轉換為二進制機器指令。鏈接階段則將生成的二進制文件與函數庫鏈接，以實現程序功能。
在預處理階段，編譯器會將源代碼中的文件包含進來，並且用戶可以使用Gcc選項」-E」查看預處理的結果。預處理階段主要處理# include和# define，它會將# include引用的.h文件插入到指定位置，並將源程序中使用到的宏替換為實際字元串。
編譯階段則檢查代碼的語法正確性，並將其轉換為匯編語言。用戶可以使用」-S」選項查看編譯結果。編譯階段生成的文件是文本文件，可以直接用文本處理工具閱讀。編譯階段可以接收.c和.i類型的文件。
匯編階段將匯編語言轉換為二進制機器指令，生成的目標文件可以直接執行。匯編階段可以接收.c, .i, .s的文件。
鏈接階段則將生成的目標文件與函數庫鏈接，實現程序功能。函數庫一般分為靜態庫和動態庫兩種，鏈接動態庫和靜態庫時使用的方法是一樣的，但是如果庫中存在同名的靜態庫文件和動態庫文件，鏈接時默認優先選擇動態庫。可以使用-static選項強制鏈接靜態庫文件。
完成鏈接後，編譯器生成可執行文件，可以直接執行。通過運行可執行文件，可以驗證程序功能是否實現。
B. 編譯原理
C語言編譯過程詳解
C語言的編譯鏈接過程是要把我們編寫的一個C程序(源代碼)轉換成可以在硬體上運行的程序(可執行代碼)，需要進行編譯和鏈接。編譯就是把文本形式源代碼翻譯為機器語言形式的目標文件的過程。鏈接是把目標文件、操作系統的啟動代碼和用到的庫文件進行組織形成最終生成可執行代碼的過程。過程圖解如下：
從圖上可以看到，整個代碼的編譯過程分為編譯和鏈接兩個過程，編譯對應圖中的大括弧括起的部分，其餘則為鏈接過程。
一、編譯過程
編譯過程又可以分成兩個階段：編譯和匯編。
1、編譯
編譯是讀取源程序(字元流)，對之進行詞法和語法的分析，將高級語言指令轉換為功能等效的匯編代碼，源文件的編譯過程包含兩個主要階段：
第一個階段是預處理階段，在正式的編譯階段之前進行。預處理階段將根據已放置在文件中的預處理指令來修改源文件的內容。如#include指令就是一個預處理指令，它把頭文件的內容添加到.cpp文件中。這個在編譯之前修改源文件的方式提供了很大的靈活性，以適應不同的計算機和操作系統環境的限制。一個環境需要的代碼跟另一個環境所需的代碼可能有所不同，因為可用的硬體或操作系統是不同的。在許多情況下，可以把用於不同環境的代碼放在同一個文件中，再在預處理階段修改代碼，使之適應當前的環境。
主要是以下幾方面的處理：
(1)宏定義指令，如 #define a b。
對於這種偽指令，預編譯所要做的是將程序中的所有a用b替換，但作為字元串常量的 a則不被替換。還有 #undef，則將取消對某個宏的定義，使以後該串的出現不再被替換。
(2)條件編譯指令，如#ifdef，#ifndef，#else，#elif，#endif等。
這些偽指令的引入使得程序員可以通過定義不同的宏來決定編譯程序對哪些代碼進行處理。預編譯程序將根據有關的文件，將那些不必要的代碼過濾掉
(3) 頭文件包含指令，如#include "FileName"或者#include <FileName>等。
在頭文件中一般用偽指令#define定義了大量的宏(最常見的是字元常量)，同時包含有各種外部符號的聲明。採用頭文件的目的主要是為了使某些定義可以供多個不同的C源程序使用。因為在需要用到這些定義的C源程序中，只需加上一條#include語句即可，而不必再在此文件中將這些定義重復一遍。預編譯程序將把頭文件中的定義統統都加入到它所產生的輸出文件中，以供編譯程序對之進行處理。包含到C源程序中的頭文件可以是系統提供的，這些頭文件一般被放在/usr/include目錄下。在程序中#include它們要使用尖括弧(<>)。另外開發人員也可以定義自己的頭文件，這些文件一般與C源程序放在同一目錄下，此時在#include中要用雙引號("")。
(4)特殊符號，預編譯程序可以識別一些特殊的符號。
例如在源程序中出現的LINE標識將被解釋為當前行號(十進制數)，FILE則被解釋為當前被編譯的C源程序的名稱。預編譯程序對於在源程序中出現的這些串將用合適的值進行替換。
預編譯程序所完成的基本上是對源程序的「替代」工作。經過此種替代，生成一個沒有宏定義、沒有條件編譯指令、沒有特殊符號的輸出文件。這個文件的含義同沒有經過預處理的源文件是相同的，但內容有所不同。下一步，此輸出文件將作為編譯程序的輸出而被翻譯成為機器指令。
第二個階段編譯、優化階段。經過預編譯得到的輸出文件中，只有常量；如數字、字元串、變數的定義，以及C語言的關鍵字，如main,if,else,for,while,{,}, +,-,*,\等等。
編譯程序所要作得工作就是通過詞法分析和語法分析，在確認所有的指令都符合語法規則之後，將其翻譯成等價的中間代碼表示或匯編代碼。
優化處理是編譯系統中一項比較艱深的技術。它涉及到的問題不僅同編譯技術本身有關，而且同機器的硬體環境也有很大的關系。優化一部分是對中間代碼的優化。這種優化不依賴於具體的計算機。另一種優化則主要針對目標代碼的生成而進行的。
對於前一種優化，主要的工作是刪除公共表達式、循環優化(代碼外提、強度削弱、變換循環控制條件、已知量的合並等)、復寫傳播，以及無用賦值的刪除，等等。
後一種類型的優化同機器的硬體結構密切相關，最主要的是考慮是如何充分利用機器的各個硬體寄存器存放的有關變數的值，以減少對於內存的訪問次數。另外，如何根據機器硬體執行指令的特點(如流水線、RISC、CISC、VLIW等)而對指令進行一些調整使目標代碼比較短，執行的效率比較高，也是一個重要的研究課題。
2、匯編
匯編實際上指把匯編語言代碼翻譯成目標機器指令的過程。對於被翻譯系統處理的每一個C語言源程序，都將最終經過這一處理而得到相應的目標文件。目標文件中所存放的也就是與源程序等效的目標的機器語言代碼。目標文件由段組成。通常一個目標文件中至少有兩個段：
代碼段：該段中所包含的主要是程序的指令。該段一般是可讀和可執行的，但一般卻不可寫。
數據段：主要存放程序中要用到的各種全局變數或靜態的數據。一般數據段都是可讀，可寫，可執行的。
UNIX環境下主要有三種類型的目標文件：
(1)可重定位文件
其中包含有適合於其它目標文件鏈接來創建一個可執行的或者共享的目標文件的代碼和數據。
(2)共享的目標文件
這種文件存放了適合於在兩種上下文里鏈接的代碼和數據。
第一種是鏈接程序可把它與其它可重定位文件及共享的目標文件一起處理來創建另一個 目標文件；
第二種是動態鏈接程序將它與另一個可執行文件及其它的共享目標文件結合到一起，創建一個進程映象。
(3)可執行文件
它包含了一個可以被操作系統創建一個進程來執行之的文件。匯編程序生成的實際上是第一種類型的目標文件。對於後兩種還需要其他的一些處理方能得到，這個就是鏈接程序的工作了。
二、鏈接過程
由匯編程序生成的目標文件並不能立即就被執行，其中可能還有許多沒有解決的問題。
例如，某個源文件中的函數可能引用了另一個源文件中定義的某個符號(如變數或者函數調用等)；在程序中可能調用了某個庫文件中的函數，等等。所有的這些問題，都需要經鏈接程序的處理方能得以解決。
鏈接程序的主要工作就是將有關的目標文件彼此相連接，也即將在一個文件中引用的符號同該符號在另外一個文件中的定義連接起來，使得所有的這些目標文件成為一個能夠被操作系統裝入執行的統一整體。
根據開發人員指定的同庫函數的鏈接方式的不同，鏈接處理可分為兩種：
(1)靜態鏈接
在這種鏈接方式下，函數的代碼將從其所在地靜態鏈接庫中被拷貝到最終的可執行程序中。這樣該程序在被執行時這些代碼將被裝入到該進程的虛擬地址空間中。靜態鏈接庫實際上是一個目標文件的集合，其中的每個文件含有庫中的一個或者一組相關函數的代碼。
(2) 動態鏈接
在此種方式下，函數的代碼被放到稱作是動態鏈接庫或共享對象的某個目標文件中。鏈接程序此時所作的只是在最終的可執行程序中記錄下共享對象的名字以及其它少量的登記信息。在此可執行文件被執行時，動態鏈接庫的全部內容將被映射到運行時相應進程的虛地址空間。動態鏈接程序將根據可執行程序中記錄的信息找到相應的函數代碼。
對於可執行文件中的函數調用，可分別採用動態鏈接或靜態鏈接的方法。使用動態鏈接能夠使最終的可執行文件比較短小，並且當共享對象被多個進程使用時能節約一些內存，因為在內存中只需要保存一份此共享對象的代碼。但並不是使用動態鏈接就一定比使用靜態鏈接要優越。在某些情況下動態鏈接可能帶來一些性能上損害。
我們在linux使用的gcc編譯器便是把以上的幾個過程進行捆綁，使用戶只使用一次命令就把編譯工作完成，這的確方便了編譯工作，但對於初學者了解編譯過程就很不利了，下圖便是gcc代理的編譯過程：
從上圖可以看到：
預編譯
將.c 文件轉化成 .i文件
使用的gcc命令是：gcc –E
對應於預處理命令cpp
編譯
將.c/.h文件轉換成.s文件
使用的gcc命令是：gcc –S
對應於編譯命令 cc –S
匯編
將.s 文件轉化成 .o文件
使用的gcc 命令是：gcc –c
對應於匯編命令是 as
鏈接
將.o文件轉化成可執行程序
使用的gcc 命令是： gcc
對應於鏈接命令是 ld
總結起來編譯過程就上面的四個過程：預編譯、編譯、匯編、鏈接。了解這四個過程中所做的工作，對我們理解頭文件、庫等的工作過程是有幫助的，而且清楚的了解編譯鏈接過程還對我們在編程時定位錯誤，以及編程時盡量調動編譯器的檢測錯誤會有很大的幫助的。
C. Linux configure、 make、 make install編譯原理
Linux中configure、make、make install編譯原理
在Linux系統中，從源代碼編譯和安裝軟體是一個常見的任務。這個過程中，configure、make和make install是三個關鍵的命令。以下是它們各自的作用和背後的原理：
1. configure
作用：在編譯軟體之前，configure腳本用於檢測系統的各種特性，如操作系統、編譯器、庫文件等，以確保軟體可以在當前系統上成功編譯和運行。
原理：configure腳本通常由autoconf工具生成，它包含了大量的檢查項和條件語句。當執行./configure命令時，腳本會運行這些檢查項，並設置相應的編譯參數和變數。這些參數和變數會被保存到Makefile文件中，供後續的make命令使用。
配置參數：
- --build=BUILD：指定執行代碼編譯的主機系統，一般默認為當前系統。
- --host=HOST：指定軟體運行的系統平台，用於交叉編譯時指定目標系統的工具鏈前綴。
- --target=TARGET：僅在建立交叉編譯環境時用到，指定新編譯的編譯器將運行在哪個系統上。
- CC：指定C編譯器命令，如交叉編譯器。
- --prefix=PREFIX：指定軟體安裝後的目錄。
2. make
作用：make是一個自動化構建工具，用於根據Makefile文件中定義的規則來編譯和鏈接源代碼，生成可執行文件或庫文件。
原理：Makefile文件描述了構建軟體所需的所有步驟和依賴關系。當執行make命令時，它會讀取Makefile文件，並根據其中的規則來執行相應的命令（如編譯、鏈接等）。這些規則可以包括編譯器的選項、鏈接器的選項、需要包含的源文件等。
執行機制：make命令在執行時，會檢查源文件的時間戳和目標文件的時間戳。如果源文件比目標文件新（或者目標文件不存在），那麼make就會重新編譯該源文件；否則，make就會跳過該步驟，以節省時間。
3. make install
作用：make install命令用於將編譯生成的可執行文件、庫文件、配置文件等復制到指定的安裝目錄（通常由configure命令的--prefix選項指定）。
原理：當執行make install命令時，make會讀取Makefile文件中定義的安裝規則，並將編譯生成的文件復制到指定的目錄。這些規則可以包括文件的復制、許可權的設置、鏈接的創建等。
注意事項：在執行make install之前，通常需要先執行make命令來確保源代碼已經被成功編譯。
總結：
- ./configure的作用是檢測系統配置，生成Makefile文件，以便可以用make和make install來編譯和安裝程序。
- ./configure是源代碼安裝的第一步，主要的作用是對即將安裝的軟體進行配置，檢查當前的環境是否滿足要安裝軟體的依賴關系。
- make根據Makefile中的規則編譯源代碼。
- make install將編譯生成的文件復制到指定的安裝目錄。
這三個命令共同構成了Linux系統中從源代碼編譯和安裝軟體的標准流程。通過合理使用這些命令和配置參數，用戶可以在不同的系統平台上靈活地編譯和安裝所需的軟體。
D. 透過源碼領悟GCC到底在幹些什麼 GCC源碼分析
透過源碼領悟GCC的主要功能和運作機制：
GCC的主要功能：
- 編譯器：GCC是Linux下重要的編譯工具，主要用於將源代碼轉換為可執行文件。
- 編譯驅動器：GCC不僅是一個編譯器，更是一個編譯驅動器，它驅動cc1、as和ld三個部件完成編譯、匯編和連接的工作。
GCC的運作機制：
- 編譯過程：根據編譯原理，GCC的編譯過程包括詞法分析、語法分析、語義分析、中間語言生成、優化和目標代碼生成等步驟。
- 編譯與連接：編譯器要完成編譯原理中提到的任務，而連接器則負責將編譯器生成的代碼片段拼接成一個完整的可執行程序。GCC通過調用cc1將C語言源文件編譯為匯編文件，再由AS將匯編代碼轉換為二進制指令，最後由LD連接對象文件生成可執行程序。
- 錯誤報告：編譯器報告的錯誤一般是局部錯誤，指出錯誤所在的文件和行號；而連接器報告的錯誤通常是全局錯誤，如函數重定義、無法解決的外部符號等。
GCC源碼中的關鍵部分：
- cc1：GCC源代碼中主要包含的是cc1這部分，它負責將C語言源文件編譯為匯編文件。
- 輔助工具：GCC還包含一些輔助工具，如collect2等，用於支持整個編譯過程。
GCC的安裝與編譯：
- 依賴庫：GCC依賴於gmp、mpfr、mpc三個庫，如果機器上沒有這些庫或者版本太老，需要先下載並編譯這些依賴庫。
- 編譯過程：下載GCC源碼和依賴庫後，需要按照一定的順序編譯這些庫和GCC本身。編譯過程中需要指定安裝位置，並啟用相應的語言支持。
總結：通過分析GCC的源碼，我們可以深入理解GCC的編譯機制、運作過程以及其在整個軟體開發流程中的重要作用。同時，了解GCC的安裝和編譯過程也有助於我們更好地使用和優化GCC。