编译器编译内核原理以及其应用

编译器编译内核原理以及其应用

    上篇文档简要介绍了一下编译器的编译内核，当然介绍的很简单，没有深入进去，俗话说不深入怎么High，所以这里我们深入进去搞一下，看看里面都有些什么有用的东东。

        这里以市面上用的最多的Keil MDK为例，我们来研究下。

        

1、先上一张老图，然后我们仔细看下这个器、那个器的都是干啥的：

    

    上一篇文章的图片，上一篇文章也简要介绍了下，但你可能会问，这东西了解了又能怎样？有什么用吗？那么好，司机我就来给大家带带路，看看了解编译原理是不是真的那么没用？

    司机嘛，首先先来带大家认认路，你说这几个东东很重要，但是在Keil里面我们怎么找到他们呢？

    你可以在"keil根目录\ARM\ARMCC\bin"下找到他们，如下图所示：

    

    就是这几个东东，他们就是keil编译器的内核，把你编写的C代码变成可以烧写到MCU中执行的2进制文件就是这几个东东来完成的，其中armar.exe就是预处理器、armcc.exe是编译器、armasm.exe是汇编器、armlink.exe是链接器、fromelf.exe是elf文件的实用工具集。

    有了这几个东东你可以甚至都不用Keil的编程界面都可以干活，直接在windows的shell界面里面通过命令行就可以编译链接，但这个是真没啥用，纯装B，有IDE不用非要自己敲命令行这部找罪受嘛，这里就不介绍这种没啥用的招数了。

    当然了你也可以在集成开发环境中见到这几个货：

    

    如上图：

    1、汇编器的相关选项；2、编译器的相关选项；3、预处理器的相关选项；4、链接器描述文件（*.map）中包含的内容；

    还有这个：

            

    上图是专门的链接器相关配置的界面；那么这些东东都是干嘛用的呢？  

    让我们先来举个栗子，考虑比如下面这样一段代码：

Reset_Handler   PROC
EXPORT  Reset_Handler               [WEAK]
IMPORT  SystemInit
IMPORT  __main
LDR     r0, =errorfunc
BLX     r0
LDR     r0, =__main
BX      r0
ENDP

    启动代码中的Reset_Handler代码，大家可以一眼看出来这段代码是错误的，其中红色字体的errorfunc是我故意填在这里的一个不存在的函数，编译必然报错，那么我们看看编译器是怎么报错的？

    重点在途中蓝色底纹的部分，注意第一个单词：assembling……，然后后面跟着出错信息，没错，这是一个汇编器错误；再看下面，我再代码里面给出一个错误（我在main.c里面删掉了一个头文件）：

    还是看蓝色底纹部分，注意第一个单词：compiling……，然后后面跟着出错信息，没错，这是一个编译器错误，跟上面的不同，这是编译器报错，我们再看下面一个错误，代码如下：

int main(void)
{
char ch;
/* Init board hardware. */
/* attach 12 MHz clock to FLEXCOMM0 (debug console) */
CLOCK_AttachClk(BOARD_DEBUG_UART_CLK_ATTACH);
BOARD_InitPins();
BOARD_BootClockFROHF48M();
BOARD_InitDebugConsole();
PRINTF("hello world.\r\n");
while (1)
{
ch = errorfunc();
PUTCHAR(ch);
}
}

    错误的是红色字体的不存在函数errorfunc，我们make一下整个工程，看看怎么报错：

    还是看蓝色底纹部分，注意第一个单词：linking……，然后后面跟着出错信息，这次是一个链接器错误！

    发现了吗？大家经常说的编译器报错，其实是几个不同的东西再报错，编译器、汇编器、链接器都会报错，那你可能会问，知道这个有啥用呢？当然是有用的，比如汇编器报错，基本跟C语言没关系，基本可以断定是汇编语言语法错误或者是嵌入C语言的汇编语言出错（在C中嵌入汇编是一种非常有效的编程手段）；如果是链接器报错，那就基本跟C语言语法无关，不是你的C语法上出错，很可能是你调用了不存在的函数或者链接器脚本写错了，或者使用了不存在的标号Symbol；而只有编译器报错，才总是你的C写的有问题，而我见过很多程序猿，看见报错就马上在自己的C代码里面翻来覆去的找，结果根本找不到错误，所以看到错误的第一反应是看看是谁报错？汇编器、编译器、还是链接器，这样可以排除掉N多可能性，可以帮助你迅速排查错误，以上示例代码很简单，大家可以一眼就看到错误，但是如果你的代码十分巨大，内部代码调用关系十分复杂的情况下你就会发现这个技巧相当有效。

 2、你就是老板，当然要学会看工作报表：

    我就是个写代码的，不是BOSS，干好活就得了。但是做开发环境的可不这么想，对于IDE来说，他们才是干活的，你是告诉他们怎么干活的老板，他们干了哪些事情，会通过报表的形式汇报给你，这就是编译器生成的中间文件，要当一个好老板当然得会看报表，所以一个合格的写代码的要学会看编译器的中间文件。

    看下图……：

    

    这是一个LPC5408的hello world例程由编译器生成的中间文件，这些就是你的“预处理器员工”、“编译器员工”、“汇编器员工”、“链接器员工”的工作报表。我们来一起看一下：

    首先是扩展名为“.i”的预处理器文件，这货几乎很少用到，基本就是把C文件中用到的头文件内容导入到C语言中，如果头文件部分有问题，是比较容易找到问题的，很少会需要“.i”的协助，这里就不列出来看了，大家有兴趣自己打开这种文件看一下。

    然后是“*.lst”和“*.txt”编译器&汇编器的报表文件，也很少用到，这里略过。

    最后是真正有用的链接器描述文件“*.map”非常有用，绝对是你的“核心员工”的工作报表，也是最复杂的一个，工程配置里面可以看到其配置项，非常的多，在工程配置的Listing选项卡里面，如下图：

    

    整个*.map文件也是巨长，里面大概的内容有：

    （1）标号表

        链接器生成的所有标号，包括所有函数名&全局变量名称都可以生成标号，每一个标号的地址以及其占有的存储空间情况。

    （2）存储空间占用情况

        

        这里只列一部分，map文件里面更详细，连每一个函数的占用情况都会列出来。

    （3）所有被链接（不是编译）的函数列表及其地址，没有被链接的也有，如果你有兴趣看的话

        如下图，截取了一小部分

        

    但这些东西具体有什么用，我们会在以后的文章中大量涉及，这里很难单独说清楚，先打下一个基础，我们以后的文章会经常涉及这个map文件，如果你真的把这个文件看明白了并能熟练应用，那么恭喜你，你就解锁了一个重要技能包。

    这里对编译器部分介绍很简单，以后其他文章里面我们会深入探讨，然后我也打算写一篇介绍GCC/GNU工具链用于嵌入式开发的文章，那是一片更广阔的天地。

    原本打算写一篇深入介绍编译器原理&应用的文章，但写到这里还是写不下去了，主要是相互依存的点很多，避开这些点单独谈编译器原理&应用是非常不现实的。想来想去，这些体系性的东西还是要循序渐进，以后随着我们解锁了更多的技能包我们再会深入探讨这部分内容。