用C/C++语言这类高级编程语言所编写的程序源码是利用一种叫做“编译原理”的技术,经过一些列的处理步骤,最终转变为汇编指令,再最后翻译机器指令。我们知道计算机只能处理和识别二进制指令,而我们所编写的程序包含各种较复杂的结构,例如 if语句、循环语句、继承、多态、虚函数等。其实,在很早的时候,计算机科学家们就已经在研究如何把接近人类语言的高级语言所编写的程序转换成机器指令了。这些研究成果都归属于“编译原理”领域,并且“编译原理”是计算机专业学生的必修课。
那么根据编译原理,C语言是怎么转换成汇编语言,总共分以下几个步骤:
1. 预处理 -> 2.词法分析 -> 3.语法分析 -> 4.语义分析 -> 5.优化 -> 6.链接
注意,我上面列出的过程是目前实际中真正采用的步骤,编译原理课程中可能没有把完整步骤列出来,只列举了核心的几个步骤。
上面每个步骤在编译原理课程中都有一个专门的章节来讲述。这里大概说一下每个步骤的作用吧。
1. 预处理:负责执行C语言中的#include, #if, #else 等预处理指令。注意,这里是去执行这些预处理指令。这些预处理指令的作用是根据你的系统环境配凑出最终版的源代码。
2. 词法分析:把你定义的函数名、变量名、预留的关键字等抽象化,用一个符号来代替,方便编译程序处理。例如上图中的main, return, printf等单词,都被看作一个符号,转换成M, R, P。在这个过程中,会检查你的变量名、函数名名称是否正确。
3. 语法分析:经过词法分析处理之后,程序代码已经变成一堆符号了,例如 I S T F ... M I R P(放心,人已经不认识了,但是计算机能认识)。这时的符号是打散的,语法分析负责把这些符号按照一定的结构组织起来,形成一个抽象语法树(这个结构跟你写的程序代码的结构是对应起来的)。
4. 语义分析:当构造出这样一个树的结构之后,编译就就会检查语法是否正确,并且去扫描这棵树。根据这棵树的结构,生成中间指令了。这个中间指令已经非常接近汇编。中间指令跟汇编还是有区别的,因为不同厂家的CPU指令有所不同,所以还要根据不同厂家的CPU指令集,把这个中间指令转换成汇编。
5. 优化:因为程序员有时代码写的不太好,会导致一些多余的操作,或者效率低的指令。优化过程可以找出这些毛病,自动替换成更好的指令。
6. 链接:以上过程只编译了一个模块,一个大型程序往往包好多个模块。最后的链接过程负责把所有模块组装起来,构造出最后可以执行的程序。
以上就是C语言转换成汇编指令的大致过程了。因为时间仓促,可能有些疏漏,欢迎在评论中补充或者纠正错误。如果觉得讲得不错,可以点个赞。
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