逐行解析

1. #include <stdio.h>

在C语言中，通过井号#作为特定的标记，与代码实现部分（void main或printf(...)）明显不同。

在这里，#include所做的操作，就是将后面跟的库，原封不动的**“复制粘贴”**到此程序。

可以看到，我们导入了一个stdio.h文件即标准输入输出（STanDard I/O），由于使用了其标准输入输出库文件中的一个函数printf()作为展示结果到命令窗口。

这里的.h表明这是一个头文件(header)，C语言允许你通过头文件的方式，将一些声明与具体实现分离，可在头文件中仅做声明，在.c文件中再具体实现。

2. int main(){}

在C/C++中main(){}的形式是整个程序的入口（这表明它是每个C程序必须的函数），也是整个程序执行真正开始的地方。其前方的int是一个关键字，含义为整型数字，它指明了，最终执行完{}中所有的内容后，将要返回给操作系统什么样的值，操作系统默认期望值为0以标志正确执行成功。

从此可以看出{}是一个函数或其他结构的边界线，它编译时在语法分析中被单独切开作为标记，在后续的编译中两两配对；而()中填入该函数可以接受的输入参数。

3. printf("Hello World!\n");

在这一行，我们使用了库中的一个与屏幕交互的预定义函数，其含义为将printf()括号内的内容按照要求输出到屏幕上。在这里可以看到，字符\n似乎没有在屏幕中显示，实际上，\n是对格式的一种要求的特定转义字符，它的作用是，当输出到此处是换行。

类似的还有如下表，这些转义序列在C/C++程序中被编译器特殊处理，不会按字面值输出，而是执行相应的控制功能或显示特殊字符

转义序列	名称	描述
\n	换行符	将光标移到下一行开头
\t	水平制表符	将光标移到下一个制表位置
\r	回车符	将光标移到当前行开头
\\	反斜杠	表示一个反斜杠字符
\"	双引号	表示一个双引号字符
\'	单引号	表示一个单引号字符
\0	空字符(null)	字符串结束标记
\a	警报(alert)	发出系统提示音
\b	退格符	将光标向左移动一个位置
\f	换页符	将光标移到下一页开头
\v	垂直制表符	在文本中垂直移动光标
\xhh	十六进制值	表示ASCII码为十六进制值hh的字符
\ooo	八进制值	表示ASCII码为八进制值ooo的字符
\?	问号	表示一个问号(在某些情况下避免三字符组)

可以轻易看出，\负责将某一种字符转化成另一种含义，即\为转义字符。这种方式在许多编程语言是通用的。

例如，在一些shell解释器中，想要输出某些特定字符，必须进行转义，因为这些字符在解释器中被定义为一些操作或对象：

# 这二者的输出是不一样的
echo $0
echo \$0

4. return 0;

return作为一个关键字，将其后面的内容作为结果返回到函数外，它可以返回多种类型的数据，包括int, float , double（整数、浮点数）等

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程序执行的背后

解释器

当打开cmd、powershell窗口或使用类Unix终端时，背后实际运行了一个cmd.exe/pwsh.exe/shell解释程序。

它负责接受给定的输入命令及参数，根据内置或下载的二进制程序，查询命令的存在性（合法性），执行相应的二进制程序并响应输出。

这个过程看似是连续的、不间断的，但机器并不是在接收到你的命令后连续地执行的，机器可能还并发（在极短时间内、ms级切换）的执行图形界面渲染等程序。

因此，其能理解并执行输入的gcc main.c -o main命令

编译过程

gcc把预编译和编译合并为一个步骤，对于C使用cc1指令完成，C++则使用cc1plus，gcc是对后台程序的包装，其根据不同参数调用cc1、as、ld（预编译、汇编、链接）

预编译

主要处理所有以#开头的预编译指令，并生成行号和文件标识，删除所有注释、/**/和//

• 删除所有的#define，并展开所有的宏定义
• 处理所有条件编译指令，如#if、#ifdef、#endif、#elif和#else
• 处理#include预编译指令，将文件替换到其位置，该过程是递归进行的
• 保留所有的#progma编译器指令，编译器需要用到他们，例如#pragma once防止重复引用等等
• 删除所有注释、/**/和//
• 添加行号和文件标识，便于编译时编译器产生调试用的行号信息，和编译时产生编译错误或警告时能够显示行号，快速排错。

C/C++的宏替换和文件包含工作交由单独的预处理器，而不归入编译器范围

• C语言中源代码文件扩展名为.c，头文件扩展名为.h，经过预编译后生成.i文件
• C++中源码文件扩展名为.cc、.cpp、.cxx等，头文件扩展名为.hpp等，经预编译后生成的则是.ii文件

编译

将预编译后产生的.i，.ii文件进行一系列处理后，生成汇编代码

词法分析

利用类似于有限状态机的算法，将源码程序输入到扫描机中，将其中的字符序列划分成一系列标记（记号）

词法分析产生的标记分类包含：关键字、标识符、字面量（数字、字符串）、特殊符号（加号、等号等等）

语法分析

语法分析器对词法分析器产生的标记，进行语法分析，产生语法树，如下。

与此同时，运算符优先级就确定了下来，如果表达式出现不合法（括号不匹配、表达式缺少操作等），编译器就会报错并返回相应报错信息，即只完成对表达式语法层面分析。

语义分析

对表达式是否有意义的判断，分析的是静态语义（编译时即可分析）。相应的动态语义需要在运行期才能确定。

静态语义通常包括：声明和类型的匹配，类型的转换。例如：不合法的类型转换或赋值就由语义分析器检出。

中间代码生成及优化

这里的优化是源代码级别的一个优化过程，源码优化器会将整个语法树转换为中间代码（语法树的顺序表示），十分接近目标代码，而优化就是将语法树的可优化的子树替换为一个优化后的节点。

中间代码具有多种类型，最常见的是**“三地址码”和“P-代码”**

• 三地址码：c = a op b，（op表示操作）

中间代码使得编译器可以被划分为前端和后端

• 编译器前端负责产生与机器无关的中间代码
• 编译器后端将中间代码转换为机器代码

源代码优化器产生中间代码，标志着其后的过程都属于编译器后端，编译器后端主要包括：代码生成器和目标代码优化器

目标代码生成

由代码生成器将中间代码转化为目标机器代码，生成一系列的代码序列（汇编语言表示）

目标代码优化

对上述的目标机器代码进行优化，寻找合适的寻址方式、使用移位代替乘法运算、删除多余指令等

汇编

汇编代码与机器指令是一一对应的，如下，通过as将汇编码一一翻译成机器码，产生.o或.obj文件

但，变量和数组等类似二次寻址的操作的地址仍没有确定，因此需要链接器将其构建成一个完整程序。

链接

链接程序ld 将生成的汇编代码与引入的库文件合并，生成最终可执行程序。