Что такое скомпилировать программу

Процесс компиляции программ на C++

Цель данной статьи:

В данной статье я хочу рассказать о том, как происходит компиляция программ, написанных на языке C++, и описать каждый этап компиляции. Я не преследую цель рассказать обо всем подробно в деталях, а только дать общее видение. Также данная статья — это необходимое введение перед следующей статьей про статические и динамические библиотеки, так как процесс компиляции крайне важен для понимания перед дальнейшим повествованием о библиотеках.

Все действия будут производиться на Ubuntu версии 16.04.
Используя компилятор g++ версии:

Состав компилятора g++

Мы не будем вызывать данные компоненты напрямую, так как для того, чтобы работать с C++ кодом, требуются дополнительные библиотеки, позволив все необходимые подгрузки делать основному компоненту компилятора — g++.

Зачем нужно компилировать исходные файлы?

Исходный C++ файл — это всего лишь код, но его невозможно запустить как программу или использовать как библиотеку. Поэтому каждый исходный файл требуется скомпилировать в исполняемый файл, динамическую или статическую библиотеки (данные библиотеки будут рассмотрены в следующей статье).

Этапы компиляции:

driver.cpp:

1) Препроцессинг

Самая первая стадия компиляции программы.

Препроцессор — это макро процессор, который преобразовывает вашу программу для дальнейшего компилирования. На данной стадии происходит происходит работа с препроцессорными директивами. Например, препроцессор добавляет хэдеры в код (#include), убирает комментирования, заменяет макросы (#define) их значениями, выбирает нужные куски кода в соответствии с условиями #if, #ifdef и #ifndef.

Хэдеры, включенные в программу с помощью директивы #include, рекурсивно проходят стадию препроцессинга и включаются в выпускаемый файл. Однако, каждый хэдер может быть открыт во время препроцессинга несколько раз, поэтому, обычно, используются специальные препроцессорные директивы, предохраняющие от циклической зависимости.

Получим препроцессированный код в выходной файл driver.ii (прошедшие через стадию препроцессинга C++ файлы имеют расширение .ii), используя флаг -E, который сообщает компилятору, что компилировать (об этом далее) файл не нужно, а только провести его препроцессинг:

Взглянув на тело функции main в новом сгенерированном файле, можно заметить, что макрос RETURN был заменен:

В новом сгенерированном файле также можно увидеть огромное количество новых строк, это различные библиотеки и хэдер iostream.

2) Компиляция

На данном шаге g++ выполняет свою главную задачу — компилирует, то есть преобразует полученный на прошлом шаге код без директив в ассемблерный код. Это промежуточный шаг между высокоуровневым языком и машинным (бинарным) кодом.

Ассемблерный код — это доступное для понимания человеком представление машинного кода.

Используя флаг -S, который сообщает компилятору остановиться после стадии компиляции, получим ассемблерный код в выходном файле driver.s:

Мы можем все также посмотреть и прочесть полученный результат. Но для того, чтобы машина поняла наш код, требуется преобразовать его в машинный код, который мы и получим на следующем шаге.

3) Ассемблирование

Так как x86 процессоры исполняют команды на бинарном коде, необходимо перевести ассемблерный код в машинный с помощью ассемблера.

Ассемблер преобразовывает ассемблерный код в машинный код, сохраняя его в объектном файле.

Объектный файл — это созданный ассемблером промежуточный файл, хранящий кусок машинного кода. Этот кусок машинного кода, который еще не был связан вместе с другими кусками машинного кода в конечную выполняемую программу, называется объектным кодом.

Далее возможно сохранение данного объектного кода в статические библиотеки для того, чтобы не компилировать данный код снова.

Получим машинный код с помощью ассемблера (as) в выходной объектный файл driver.o:

Но на данном шаге еще ничего не закончено, ведь объектных файлов может быть много и нужно их всех соединить в единый исполняемый файл с помощью компоновщика (линкера). Поэтому мы переходим к следующей стадии.

4) Компоновка

Компоновщик (линкер) связывает все объектные файлы и статические библиотеки в единый исполняемый файл, который мы и сможем запустить в дальнейшем. Для того, чтобы понять как происходит связка, следует рассказать о таблице символов.

Таблица символов — это структура данных, создаваемая самим компилятором и хранящаяся в самих объектных файлах. Таблица символов хранит имена переменных, функций, классов, объектов и т.д., где каждому идентификатору (символу) соотносится его тип, область видимости. Также таблица символов хранит адреса ссылок на данные и процедуры в других объектных файлах.
Именно с помощью таблицы символов и хранящихся в них ссылок линкер будет способен в дальнейшем построить связи между данными среди множества других объектных файлов и создать единый исполняемый файл из них.

Получим исполняемый файл driver:

5) Загрузка

Последний этап, который предстоит пройти нашей программе — вызвать загрузчик для загрузки нашей программы в память. На данной стадии также возможна подгрузка динамических библиотек.

Запустим нашу программу:

Заключение

В данной статье были рассмотрены основы процесса компиляции, понимание которых будет довольно полезно каждому начинающему программисту. В скором времени будет опубликована вторая статья про статические и динамические библиотеки.

Источник

Компиляция программы

А сейчас поговорим об одном из самых важнейших этапов, от которого зависит правильность получаемого результата — это компиляция программы.

Под исходной программой мы понимаем программу, представленную в виде определенных конструкций языка программирования. Программа включает в себя инструкции, понятные каждому пользователю, но в то же время не понятные процессору ПК.

Для выполнения процессором работы по инструкциям исходной программы, эту программу следует перевести на язык команд, понятный процессору — машинный язык.

Чтобы преобразовать исходную программу на машинный язык, используется специально предназначенная для этого программа под названием «компилятор». В этом и заключается компиляция программы.

Схема действия компилятора:

Схема, по которой работает компилятор, приведена на рисунке ниже:

Основные задачи компилятора:

На рисунке отмечено, что компилятор последовательно осуществляет две основные задачи:

Заметка. Процесс генерации исполняемой программы осуществляется только тогда, когда текст исходной программы не содержит синтаксические ошибки.

Таким образом, генерация машинного кода при помощи компилятора говорит о том, что синтаксические ошибки в тексте программы отсутствуют. Как удостовериться в правильности работы программы? Все достаточно просто. Необходимо провести ее тестирование — провести несколько пробных запусков исходной программы и затем проанализировать полученные результаты.

Допустим перед нами программа, которая определяет корни квадратного уравнения. Если в этой программе допущена ошибка в каком-либо месте формулы, например при вычислении дискриминанта, то, при отсутствии синтаксических ошибок, программа в конечном счете выдаст сообщение о неверных значениях корней.

Источник

Что такое скомпилировать программу

Синтаксис команды компиляции имеет вид:

компилятор [опции] файлы [библиотеки]

В квадратных скобках указываются необязательные компоненты команды.

На UNIX-подобных системах имеется множество компиляторов. Большая часть из них является коммерческими продуктами. Для систем Linux пакет GCC является неотъемлемой частью дистрибутивов, поскольку является базовым компилятором сборки ядра системы и всех ее утилит.

Пакет компиляторов GCC

В него входят компиляторы:

Помимо этого, на Linux кластерах, являющихся сегодня основным видом высокопроизводительных вычислительных систем, широко используется пакет компиляторов Intel Compiler, наилучшим образом оптимизированный под платформу x86-64, являющуюся основной при построении вычислительных кластеров. Это коммерческй продукты и он приобретен Вычислительным центром СПбГУ.

Пакет компиляторов Intel

Рассмотрим подробнее работу с компилятором gcc.

Создадим файл с именем ex1.c с помощью команды touch. Откроем его в текстовом редакторе и наберем текст программы на языке С.

Далее следует скомпилировать программу, т.е. перевести в исполнимый код. Для этого выполним следующую команду.

Если программа написана без ошибок, то никакой выдачи информации на терминал не будет, а в рабочем каталоге появится файл с именем a.out. Это исполнимый файл, полученный в результате компиляции программы. Его можно запустить на исполнение(поэтому файлы и называются исполнимыми), набрав в командной строке:

На терминал будет напечатана строка «Hello word».

Для того чтобы поменять имя создаваемого файла c a.out на любое другое необходимо использовать опцию -o:

В результате будет создан исполнимый файл с именем ex1.

Приведем несколько важных опций компилятора gcc (они справедливы и для icc)

Рассмотрим назначение опций более подробно на примерах.

В программах часто используются уже написанные ранее функции. Например, в приведенной выше программе, применялась системная функция вывода информации в стандартный поток printf. Для того чтобы транслятор на этапе создания программы, мог правильно обработать внешнюю функцию необходимо ее предварительно описать, либо внутри программы, либо в специальном заголовочном файле. Такие файлы еще называют include файлами, в языке С они подключаются с помощью специальной директивы #include. На первом этапе трансляции программы, запускается так называемый препроцессор, он находит файл с именем stdio.h, и вставляет его содержимое внутрь программы. Пути поиска задаются с помощью опции

Если используется стандартный заголовочный файл, то опцию -I для его поиска в командной строке компиляции программы указывать необязательно. Существует специальный каталог, где располагаются стандартные заголовочные файлы. Препроцессор автоматически просматривает его при поиске заголовочных файлов. Все сказанное в полной мере относится и к компилятору с языка Фортран. Отличие состоит в синтаксисе подключения include файла:

В рассмотренном примере используется функция printf, находящаяся в стандартной библиотеке с именем libc. Для программ на языке С эта библиотека автоматически подключается к любой программе, поэтому не потребовалось подключать ее с помощью опций. В тех случаях, когда в программе используются функции входящие в другие библиотеки, то эти библиотеки необходимо указывать компоновщику, иначе компоновщик не сможет собрать исполнимый файл. Рассмотрим следующий пример.

Попробуем скомпилировать программу командой:

В результате получим следующие сообщение об ошибке:

/tmp/ccgSk9AB.o(.text+0x49): In function `main’:
ex2.c: undefined reference to `pow’
collect2: ld returned 1 exit status

Это сообщение говорит, что в функции main, файла ex2.c вызывается функция pow, для которой не найден машинный код на этапе сборки программы. Для того чтобы программа скомпоновалась, необходимо указать компилятору в какой библиотеке следует искать объектный код функции pow. Правильная строка компиляции будет выглядеть следующим образом.

В результате будет создана программа с именем ex2, которая при запуске напечатает:

Подключение библиотеки было выполнено с помощью опции -lm. Файл этой библиотеки находится в каталоге /usr/lib. Полное его название libm, имена файлов библиотек подпрограмм всегда начинаются с префикса lib, за которым идет название библиотеки. При подключении библиотеки к программе в строке компилятора префикс lib заменяется на -l. Таким образом, подключение библиотеки libm осуществляется опцией -lm. Поскольку библиотека стандартная, находится в специальном каталоге, то нет необходимости указывать путь поиска файла библиотеки математических подпрограмм с помощью опции -L. Компилятор сам найдет его в директории /usr/lib. Работа с библиотеками имеет ряд аспектов, которые нуждаются в более подробном рассмотрении.

Динамические библиотеки, называемые также библиотеками общего пользования или разделяемыми библиотеками (shared library), загружаются на этапе выполнения программы. Код вызываемых функций не встраивается внутрь исполняемой программы, а вызывается по мере необходимости при запуске программы на исполнение. Такой подход позволяет создавать программы значительно меньшего объема. Динамические библиотеки хранятся обычно в определенном месте и имеют стандартное расширение. В ОС Windows файлы библиотек общего пользования имеют расширение .dll, а в UNIX-подобных системах .so. Если на этапе загрузки программы система не смогла найти необходимый код, то программа не запустится. Будет выдано сообщение об ошибке:

error while loading shared libraries: libxxx.so: cannot open shared object file: No such file or directory

Статические библиотеки в виде пакетов объектных файлов, присоединяются (линкуются) к исполнимой программе на этапе компиляции (в Windows такие файлы имеют расширение .lib, а в UNIX-подобных .a). В результате этого программа включает в себя все необходимы функции, что делает её автономной, хорошо переносимой, но увеличивает размер.

Статическая библиотека создается специальной командой:

ar rc libимя.a список_объектных_файлов

Объектные файлы создаются компиляцией функций с опцией -c. Рекомендуется каждую функцию (или подпрограмму в Фортране) оформлять в отдельном файле.

Динамическая библиотека создаются компилятором:

Для создания исполнимого файла со статической библиотекой потребуется команда:

Мы создали две версии программы: с использованием динамической и статической библиотек. Во втором случае использовалась опция -static, чтобы компилятор использовал статическую библиотеку libmy.a. Если бы динамической версии библиотеки не было, то эту опцию можно было бы не указывать. Компилятор, не найдя динамической библиотеки автоматически подключает статическую библиотеку. Опция -I

/lib указывает компилятору, что при сборке программы, помимо стандартных путей, следует искать библиотеки и в директории lib домашнего каталога пользователя.

При запуске на исполнение разные версии программы, скорее всего, поведут себя по-разному:

Дело в том, что в момент загрузки программы, система ищет необходимые для запуска программы разделяемые библиотеки, чтобы собрать исполнимую программу. Поиск идет по заранее установленному списку директорий. Имена директорий перечислены в системном файле /etc/ld.so.conf. Очевидно, что в этот файл невозможно занести все индивидуальные каталоги пользователей. В этой ситуации на помощь приходят переменные окружения. Как уже говорилось ранее, в UNIX системах существует специальная переменная LD_LIBRARY_PATH, в которой каждый пользователь может перечислить директории для поиска разделяемых библиотек. Добавим к переменной LD_LIBRARY_PATH путь к директории lib, где находится библиотека libmy.so. Делается это командой

Данной командой мы к ранее установленному значению добавили путь к персональному каталогу пользователя с библиотечными файлами. Если теперь запустить программу
./prog_shared
то она сработает корректно.

При использовании большого количества библиотек и include файлов команда компиляции может оказаться довольно длинной. Чтобы упростить компиляцию, часто используют командные файлы (скрипты), выступающих в качестве интерфейсов к стандартным компиляторам. Такой подход используется в пакете MPI. При сборке библиотек формируются командные файлы для вызова тех или иных компиляторов. Компиляция параллельных MPI-программ выполняется командами:

Источник

Компиляция (программирование)

Компилировать — проводить трансляцию машинной программы с проблемно-ориентированного языка на машинно-ориентированный язык. [3]

Содержание

Виды компиляторов [2]

Виды компиляции [2]

Основы

Большинство компиляторов переводит программу с некоторого высокоуровневого языка программирования в машинный код, который может быть непосредственно выполнен центральным процессором. Как правило, этот код также ориентирован на исполнение в среде конкретной операционной системы, поскольку использует предоставляемые ею возможности (системные вызовы, библиотеки функций). Архитектура (набор программно-аппаратных средств), для которой производится компиляция, называется целевой машиной.

Для каждой целевой машины (Apple и т. д.) и каждой операционной системы или семейства операционных систем, работающих на целевой машине, требуется написание своего компилятора. Существуют также так называемые кросс-компиляторы, позволяющие на одной машине и в среде одной ОС получать код, предназначенный для выполнения на другой целевой машине и/или в среде другой ОС. Кроме того, компиляторы могут быть оптимизированы под разные типы процессоров из одного семейства (путём использования специфичных для этих процессоров инструкций). Например, код, скомпилированный под процессоры семейства MMX, SSE2.

Также существуют компиляторы, переводящие программу с языка высокого уровня на язык ассемблера.

Существуют программы, которые решают обратную задачу — перевод программы с низкоуровневого языка на высокоуровневый. Этот процесс называют декомпиляцией, а программы — декомпиляторами. Но поскольку компиляция — это процесс с потерями, точно восстановить исходный код, скажем, на C++, в общем случае невозможно. Более эффективно декомпилируются программы в байт-кодах — например, существует довольно надёжный декомпилятор для Flash. Сходным процессом является дизассемблирование машинного кода в код на языке ассемблера, который всегда выполняется успешно. Связано это с тем, что между кодами машинных команд и командами ассемблера имеется практически однозначное соответствие.

Структура компилятора

Процесс компиляции состоит из следующих этапов:

В конкретных реализациях компиляторов эти этапы могут быть раздельны или совмещены в том или ином виде.

Трансляция и компоновка

Важной исторической особенностью компилятора, отражённой в его названии (англ. compile — собирать вместе, составлять), являлось то, что он мог производить и компоновку (то есть содержал две части — транслятор и компоновщик). Это связано с тем, что раздельная компиляция и компоновка как отдельная стадия сборки выделились значительно позже появления компиляторов, и многие популярные компиляторы (например, GCC) до сих пор физически объединены со своими компоновщиками. В связи с этим, вместо термина «компилятор» иногда используют термин «транслятор» как его синоним: либо в старой литературе, либо когда хотят подчеркнуть его способность переводить программу в машинный код (и наоборот, используют термин «компилятор» для подчёркивания способности собирать из многих файлов один).

Интересные факты

Примечания

См. также

Литература

Полезное

Смотреть что такое «Компиляция (программирование)» в других словарях:

Компиляция — Компиляция: В Викисловаре есть статья «компиляция» Компиляция (литература) (лат. … Википедия

Условная компиляция — В информатике, препроцессор это компьютерная программа, принимающая данные на входе, и выдающая данные, предназначенные для входа другой программы, например, такой как компилятор. О данных на выходе препроцессора говорят, что они находятся в… … Википедия

Объектно-ориентированное программирование — Эта статья во многом или полностью опирается на неавторитетные источники. Информация из таких источников не соответствует требованию проверяемости представленной информации, и такие ссылки не показывают значимость темы статьи. Статью можно… … Википедия

JIT-компиляция — Just in time compilation (JIT, компиляция «на лету»), dynamic translation (динамическая компиляция) технология увеличения производительности программных систем, использующих байт код, путём компиляции байт кода в машинный код… … Википедия

Сравнение языков программирования — Эту статью следует викифицировать. Пожалуйста, оформите её согласно правилам оформления статей. Условные обозначения … Википедия

Пайтон — Python Класс языка: функциональный, объектно ориентированный, императивный, аспектно ориентированный Тип исполнения: интерпретация байт кода, компиляция в MSIL, компиляция в байт код Java Появился в: 1990 г … Википедия

ГОСТ 19781-90: Обеспечение систем обработки информации программное. Термины и определения — Терминология ГОСТ 19781 90: Обеспечение систем обработки информации программное. Термины и определения оригинал документа: 9. Абсолютная программа Non relocatable program Программа на машинном языке, выполнение которой зависит от ее… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Паскаль (язык) — Pascal Семантика: процедурный Тип исполнения: компилятор Появился в: 1970 г. Автор(ы): Никлаус Вирт Паскаль (англ. Pascal) высокоуровневый язык программирования общего назначения. Один из наиболее известных языков программирования, широко… … Википедия

Паскаль (язык программирования) — Эта статья или раздел нуждается в переработке. В Паскале нет модулей, ООП и прочих новомодных веяний. Описание расширений должно присутствовать только в статьях о соответ … Википедия

D (язык программирования) — У этого термина существуют и другие значения, см. D. D Семантика: мультипарадигменный: императивное, объектно ориентированное, обобщённое программирование Тип исполнения: компилятор Появился в: 1999 Автор(ы) … Википедия

Источник

Урок №5. Компиляция вашей первой программы

Перед написанием нашей первой программы мы еще должны кое-что узнать.

Теория

Во-вторых, есть разные типы проектов. При создании нового проекта, вам нужно будет выбрать его тип. Все проекты, которые мы будем создавать на данных уроках, будут консольного типа. Это означает, что они запускаются в консоли (аналог командной строки). По умолчанию, консольные приложения не имеют графического интерфейса пользователя — GUI (сокр. от «Graphical User Interface») и компилируются в автономные исполняемые файлы. Это идеальный вариант для изучения языка C++, так как он сводит всю сложность к минимуму.

В-третьих, при создании нового проекта большинство IDE автоматически добавят ваш проект в рабочее пространство. Рабочее пространство — это своеобразный контейнер, который может содержать один или несколько связанных проектов. Несмотря на то, что вы можете добавить несколько проектов в одно рабочее пространство, все же рекомендуется создавать отдельное рабочее пространство для каждой программы. Это намного упрощает работу для новичков.

Традиционно, первой программой на новом языке программирования является всеми известная программа «Hello, world!». Мы не будем нарушать традиции 🙂

Пользователям Visual Studio

Для создания нового проекта в Visual Studio 2019, вам нужно сначала запустить эту IDE, затем выбрать «Файл» > «Создать» > «Проект» :

Дальше появится диалоговое окно, где вам нужно будет выбрать «Консольное приложение Windows» из вкладки «Visual C++» и нажать «ОК» :

Также вы можете указать имя проекта (любое) и его расположение (рекомендую ничего не менять) в соответствующих полях.

В текстовом редакторе вы увидите, что уже есть некоторый текст и код — удалите его, а затем напечатайте или скопируйте следующий код:

Источник