【参考原文】编译器的工作过程 作者： 阮一峰 日期： 2014年11月11日

基本概念

源码要运行，必须先转成二进制的机器码。这是编译器的任务。 比如，下面这段源码（假定文件名叫做test.c）。

#include <stdio.h> int main(void) { fputs("Hello, world!\n", stdout); return 0; }

要先用编译器处理一下，才能运行。

$ gcc test.c $ ./a.out Hello, world!

对于复杂的项目，编译过程还必须分成三步。

$ ./configure $ make $ make install

这些命令到底在干什么？大多数的书籍和资料，都语焉不详，只说这样就可以编译了，没有进一步的解释。 本文将介绍编译器的工作过程，也就是上面这三个命令各自的任务。我主要参考了Alex Smith的文章《Building C Projects》。需要声明的是，本文主要针对gcc编译器，也就是针对C和C++，不一定适用于其他语言的编译。

第一步 配置（configure）

编译器在开始工作之前，需要知道当前的系统环境，比如标准库在哪里、软件的安装位置在哪里、需要安装哪些组件等等。这是因为不同计算机的系统环境不一样，通过指定编译参数，编译器就可以灵活适应环境，编译出各种环境都能运行的机器码。这个确定编译参数的步骤，就叫做”配置”（configure）。 这些配置信息保存在一个配置文件之中，约定俗成是一个叫做configure的脚本文件。通常它是由autoconf工具生成的。编译器通过运行这个脚本，获知编译参数。 configure脚本已经尽量考虑到不同系统的差异，并且对各种编译参数给出了默认值。如果用户的系统环境比较特别，或者有一些特定的需求，就需要手动向configure脚本提供编译参数

$ ./configure --prefix=/www --with-mysql

上面代码是php源码的一种编译配置，用户指定安装后的文件保存在www目录，并且编译时加入mysql模块的支持。

第二步 确定标准库和头文件的位置

源码肯定会用到标准库函数（standard library）和头文件（header）。它们可以存放在系统的任意目录中，编译器实际上没办法自动检测它们的位置，只有通过配置文件才能知道。 编译的第二步，就是从配置文件中知道标准库和头文件的位置。一般来说，配置文件会给出一个清单，列出几个具体的目录。等到编译时，编译器就按顺序到这几个目录中，寻找目标。

第三步 确定依赖关系

对于大型项目来说，源码文件之间往往存在依赖关系，编译器需要确定编译的先后顺序。假定A文件依赖于B文件，编译器应该保证做到下面两点。

（1）只有在B文件编译完成后，才开始编译A文件。 （2）当B文件发生变化时，A文件会被重新编译。

编译顺序保存在一个叫做makefile的文件中，里面列出哪个文件先编译，哪个文件后编译。而makefile文件由configure脚本运行生成，这就是为什么编译时configure必须首先运行的原因。 在确定依赖关系的同时，编译器也确定了，编译时会用到哪些头文件。

第四步 头文件的预编译（precompilation）

不同的源码文件，可能引用同一个头文件（比如stdio.h）。编译的时候，头文件也必须一起编译。为了节省时间，编译器会在编译源码之前，先编译头文件。这保证了头文件只需编译一次，不必每次用到的时候，都重新编译了。 不过，并不是头文件的所有内容，都会被预编译。用来声明宏的#define命令，就不会被预编译。

第五步 预处理（Preprocessing）

预编译完成后，编译器就开始替换掉源码中bash的头文件和宏。以本文开头的那段源码为例，它包含头文件stdio.h，替换后的样子如下。

extern int fputs(const char *, FILE *); extern FILE *stdout; int main(void) { fputs("Hello, world!\n", stdout); return 0; }

为了便于阅读，上面代码只截取了头文件中与源码相关的那部分，即fputs和FILE的声明，省略了stdio.h的其他部分（因为它们非常长）。另外，上面代码的头文件没有经过预编译，而实际上，插入源码的是预编译后的结果。编译器在这一步还会移除注释。 这一步称为”预处理”（Preprocessing），因为完成之后，就要开始真正的处理了。

第六步 编译（Compilation）

预处理之后，编译器就开始生成机器码。对于某些编译器来说，还存在一个中间步骤，会先把源码转为汇编码（assembly），然后再把汇编码转为机器码。 下面是本文开头的那段源码转成的汇编码。

.file "test.c" .section .rodata .LC0: .string "Hello, world!\n" .text .globl main .type main, @function main: .LFB0: .cfi_startproc pushq %rbp .cfi_def_cfa_offset 16 .cfi_offset 6, -16 movq %rsp, %rbp .cfi_def_cfa_register 6 movq stdout(%rip), %rax movq %rax, %rcx movl $14,