Quy trình biên dịch

#Bốn giai đoạn

#1. Tiền xử lý

Bước đầu tiên do cpp đảm nhiệm. Điều quan trọng nhất cần nhớ: preprocessor không hiểu C. Nó chỉ thao tác trên văn bản, giống như thao tác tìm và thay thế trong trình soạn thảo.

Nó làm đúng bốn việc:

• Dán nguyên nội dung file được #include vào vị trí đó
• Thay thế mọi macro do #define tạo ra
• Xử lý biên dịch có điều kiện: #if, #ifdef, #ifndef
• Xóa toàn bộ chú thích

gcc -E main.c -o main.i

Hãy thử với một chương trình Hello World. Kết quả có thể làm bạn bất ngờ:

812

Toàn bộ 800 dòng thừa đến từ #include <stdio.h>. Preprocessor đã dán vào đó mọi khai báo hàm của thư viện nhập xuất chuẩn. Chương trình của bạn nằm ở cuối cùng.

#2. Biên dịch

Đây là bước phức tạp nhất. Trình biên dịch nhận file C thuần và sinh ra mã assembly cho kiến trúc đích. Bên trong nó là một dây chuyền nhiều tầng:

1. 1

   Phân tích từ vựng

   Cắt mã nguồn thành các token: int, main, (, void, ) và tiếp tục.

2. 2

   Phân tích cú pháp

   Dựng cây cú pháp trừu tượng. Lỗi thiếu dấu chấm phẩy hay thiếu ngoặc bị bắt ở đây.

3. 3

   Phân tích ngữ nghĩa

   Kiểm tra kiểu, phân giải tên biến và hàm. Phần lớn cảnh báo mà bạn thấy sinh ra ở bước này.

4. 4

   Sinh mã trung gian và tối ưu

   Gấp hằng số, loại bỏ mã chết, nội tuyến hàm, mở vòng lặp, vector hóa. Đây là nơi cờ -O2 phát huy tác dụng.

5. 5

   Sinh mã đích

   Chuyển mã trung gian thành assembly của CPU cụ thể.

gcc -S main.c -o main.s
gcc -S -masm=intel main.c -o main.s    # cú pháp Intel dễ đọc hơn

#3. Hợp dịch

Trình hợp dịch as dịch từng dòng assembly thành mã máy nhị phân, tạo ra file object.

gcc -c main.c -o main.o

Hãy nhìn vào bên trong file object bằng ba lệnh sau:

0000000000000000 T main
                 U printf

Relocation section '.rela.text':
  Offset  Type            Symbol
  00001a  R_X86_64_PLT32  printf - 4

Dòng U printf chính là điểm mấu chốt. Trình hợp dịch biết bạn gọi printf, nhưng hoàn toàn không biết hàm đó nằm ở địa chỉ nào. Nó để lại một chỗ trống và ghi vào bảng tái định vị rằng chỗ này cần địa chỉ của printf. Việc điền vào là của bước sau.

#4. Liên kết

Trình liên kết làm đúng ba việc:

• Gộp các phần. Ghép mọi vùng mã của các file object thành một vùng mã duy nhất.
• Phân giải ký hiệu. Mỗi ký hiệu U phải tìm được đúng một định nghĩa, không nhiều hơn và không ít hơn.
• Tái định vị. Điền địa chỉ thật vào mọi chỗ trống đã đánh dấu.

Nó cũng nối thêm mã khởi động của thư viện chuẩn, thứ sẽ gọi hàm main của bạn. Chi tiết về mã khởi động này nằm ở bài tiếp theo.

gcc main.o -o main
ldd main         # xem chương trình phụ thuộc thư viện động nào

#Hai lỗi kinh điển

Gần như mọi lập trình viên C đều gặp hai lỗi này trong tuần đầu tiên. Chúng trông giống nhau nhưng nguyên nhân ngược nhau, và phân biệt được chúng sẽ tiết kiệm cho bạn rất nhiều giờ.

#Chạy tay từng bước

Bài thực hành này nên làm ngay, không nên chỉ đọc. Nó biến bốn giai đoạn từ lý thuyết thành thứ bạn nhìn thấy tận mắt.

#include <stdio.h>
#define TEN "The gioi"

int main(void)
{
    printf("Xin chao, %s!\n", TEN);
    return 0;
}

812 demo.i

0000000000000000 T main
                 U printf

Xin chao, The gioi!