申論題

1. 預處理：處理宏、包含頭文件、條件編譯等。
2. 編譯：將預處理後的代碼轉換為匯編代碼，構建符號表。
3. 組譯：將匯編代碼轉換為目標代碼，分配偏移量。
4. 連結：將所有目標文件連結，解決符號引用，分配最終內存地址。

這些步驟和工具協同工作，確保最終的可執行文件能夠在計算機的記憶體中正確運行。

步驟與相關的系統工具程式

1. 預處理（Preprocessing）

   • 工具程式：預處理器（如 cpp）
   • 功能：預處理器處理所有以 # 開頭的預處理指令（如 #include, #define），展開宏，包含頭文件，並處理條件編譯指令。
   • 輸出：預處理過的代碼，通常是 .i 文件。

2. 編譯（Compilation）

   • 工具程式：編譯器（如 gcc，clang）
   • 功能：編譯器將預處理過的 C 語言代碼轉換為中間的匯編代碼。這個步驟包括語法分析、語義分析、優化和代碼生成。
   • 輸出：匯編代碼，通常是 .s 文件。

3. 組譯（Assembly）

   • 工具程式：組譯器（如 as）
   • 功能：組譯器將匯編代碼轉換為目標代碼（機器碼）。這一步生成二進制的目標文件。
   • 輸出：目標代碼，通常是 .o 文件。

4. 連結（Linking）

   • 工具程式：連結器（如 ld）
   • 功能：連結器將一個或多個目標文件和庫文件連結起來，生成最終的可執行文件。連結器解析符號，解決外部符號引用，並分配記憶體地址。
   • 輸出：可執行文件，通常是 .exe（在 Windows 中）或無擴展名的文件（在 Unix/Linux 中）。

識別碼（identifier）轉換為記憶體位址的過程

1. 預處理階段

   • 識別碼（如變量名、函數名）在這一階段只是文本，預處理器不會對其進行任何轉換或處理。

2. 編譯階段

   • 編譯器在這一階段會進行語法分析和語義分析，構建抽象語法樹（AST）和符號表。符號表中記錄了所有識別碼的相關信息，如變量名、類型、作用域等。
   • 優化過程中，編譯器可能會進行代碼優化，但識別碼本身還未轉換為具體的記憶體地址。
   • 最終，編譯器將識別碼轉換為匯編指令中的符號名，但這些符號名還沒有具體的內存地址。

3. 組譯階段

   • 組譯器將匯編代碼轉換為機器碼，並為每個符號分配偏移量，但這些偏移量是相對於各自的目標文件的。
   • 在目標文件中，識別碼轉換為符號表中的符號，這些符號具有各自的偏移量，但具體的內存地址要到連結階段才能確定。

4. 連結階段

   • 連結器將所有目標文件和庫文件連結起來，解決所有符號引用，並為每個符號分配最終的內存地址。
   • 連結器通過符號解析過程，將識別碼（符號名）轉換為具體的記憶體地址，並更新所有目標文件中的符號引用，使它們指向正確的內存地址。