1. 什么是編譯

1.1. 計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的三個(gè)層次

在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，主要有三種層次的語(yǔ)言，他們是機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言、高級(jí)語(yǔ)言。

機(jī)器語(yǔ)言是可以被計(jì)算機(jī)理解的語(yǔ)言，計(jì)算機(jī)只能理解01二進(jìn)制序列，但是機(jī)器語(yǔ)言特別難記。

匯編語(yǔ)言在機(jī)器語(yǔ)言的基礎(chǔ)上引入了助記符，方便記憶一些，但是要熟悉目標(biāo)機(jī)器的指令特點(diǎn)，使用效率低，對(duì)人要求高。

正是如此引用高級(jí)語(yǔ)言，高級(jí)語(yǔ)言采用類似數(shù)學(xué)定義或者自然語(yǔ)言的簡(jiǎn)潔形式，接近人的習(xí)慣并不依賴特定機(jī)器。

圖1 -1計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的三個(gè)層次

1.2. 三種語(yǔ)言的關(guān)系

高級(jí)語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言都要翻譯成機(jī)器語(yǔ)言才能在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行，其中將高級(jí)語(yǔ)言轉(zhuǎn)換成匯編語(yǔ)言或者機(jī)器語(yǔ)言的過程叫做編譯，將匯編語(yǔ)言轉(zhuǎn)換成機(jī)器語(yǔ)言叫做匯編。

編譯的本質(zhì)是將高級(jí)語(yǔ)言轉(zhuǎn)換成匯編語(yǔ)言或者機(jī)器語(yǔ)言的過程，其中高級(jí)語(yǔ)言就是源語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言或機(jī)器語(yǔ)言就是目標(biāo)語(yǔ)言。

2. 計(jì)算機(jī)語(yǔ)言處理系統(tǒng)

編譯器是計(jì)算機(jī)語(yǔ)言處理系統(tǒng)的核心部件，但在計(jì)算機(jī)語(yǔ)言處理系統(tǒng)中，除了編譯器，還有預(yù)處理器、匯編器、鏈接器。

圖2-1 計(jì)算機(jī)語(yǔ)言處理系統(tǒng)

預(yù)處理器的作用是把存儲(chǔ)在不同文件中的源程序聚合在一起；把稱為宏的縮寫語(yǔ)句轉(zhuǎn)換成原始語(yǔ)句。

編譯器的作用是把高級(jí)語(yǔ)言翻譯成匯編語(yǔ)言。

匯編器的作用是把匯編語(yǔ)言程序轉(zhuǎn)換成可重定向的機(jī)器代碼。可重定向的意思是匯編器所生成的這段代碼在內(nèi)存中存放的開始位置不是固定的，代碼中所有地址都是相對(duì)起始地址的相對(duì)地址。起始地址+相對(duì)地址=絕對(duì)地址（內(nèi)存中地址）。

鏈接器的作用是將多個(gè)可重定向的機(jī)器代碼文件（包括庫(kù)文件）鏈接在一起，也解決外部地址問題。所謂的外部地址問題是一個(gè)文件代碼引用了另外一個(gè)文件中的數(shù)據(jù)對(duì)象或者過程，那這個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象或者過程地址就是外部文件地址。

3. 編譯系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

編譯系統(tǒng)的本質(zhì)正是將高級(jí)語(yǔ)言翻譯成匯編語(yǔ)言或者機(jī)器語(yǔ)言，那么如何翻譯？

3.1. 人工翻譯英文到漢文的例子

In the room,he broke a window with a hammer.

這個(gè)英文翻譯成漢語(yǔ)，主要分成兩個(gè)步驟，見圖3-1。這里的源語(yǔ)言就是英語(yǔ)，目標(biāo)語(yǔ)言就是漢語(yǔ)。

圖3-1 英漢翻譯的一般方法 

分析過程如下：

1）找到最關(guān)鍵的謂語(yǔ)break。

2）然后進(jìn)行主語(yǔ)謂語(yǔ)賓語(yǔ)的分析

圖3-2 英語(yǔ)句子成分劃分 

3）用中間形式表示語(yǔ)義

圖3-3 語(yǔ)義表示

4）根據(jù)圖的意思用漢語(yǔ)翻譯

在房間里，他用錘子砸了一扇窗戶。

3.2. 語(yǔ)義分析過程的一點(diǎn)啟發(fā)

通過以上的分析，完成翻譯就是理解句子的語(yǔ)義，也就是語(yǔ)義分析。

要進(jìn)行語(yǔ)義分析，需要知道短語(yǔ)的結(jié)構(gòu)，需要先進(jìn)行語(yǔ)法分析，通過語(yǔ)法分析劃分句子成分。句子成分是由單詞構(gòu)成的，因此需要通過詞法分析獲取詞類。

一張圖解釋詞法分析，語(yǔ)法分析，語(yǔ)義分析的關(guān)系，見圖3-4。

圖3-4 詞法分析語(yǔ)法分析語(yǔ)義分析的關(guān)系 

3.3. 編譯器的結(jié)構(gòu)

正如前面討論的那樣子，編譯器翻譯的核心就是找到語(yǔ)義。實(shí)際的編譯器的結(jié)構(gòu)如下3-5。

圍繞語(yǔ)義分析，形成前端分析部分，與源語(yǔ)言有關(guān)。圍繞目標(biāo)語(yǔ)言生成構(gòu)成后端綜合部分，與目標(biāo)語(yǔ)言有關(guān)。

而語(yǔ)義的中間表示形式，與目標(biāo)語(yǔ)言無關(guān)，從而與目標(biāo)機(jī)器無關(guān)。

其中詞法分析器、語(yǔ)法分析器、語(yǔ)義分析器、中間代碼生成器構(gòu)成編譯的核心。

圖3-5 編譯器的結(jié)構(gòu) 

4. 自動(dòng)化編譯系統(tǒng)

在計(jì)算機(jī)語(yǔ)言處理系統(tǒng)中，解決了源文件和庫(kù)文件到最終的可執(zhí)行文件的過程。這個(gè)過程可以看做是一個(gè)輸入輸出系統(tǒng)。

輸入的是源文件（*.h,*.cpp）或者庫(kù)文件（*.h,*.so），輸出的是可執(zhí)行文件（*.elf）或者庫(kù)（*.so）。

對(duì)于這一過程進(jìn)行輸入輸出管理的過程需要搭建自動(dòng)化編譯系統(tǒng)，它由make、makefile以及計(jì)算機(jī)語(yǔ)言處理系統(tǒng)構(gòu)成。

 圖4-1 自動(dòng)化編譯系統(tǒng)

• Makefile作用

它保存了編譯器和鏈接器的參數(shù)選項(xiàng)，還表達(dá)了所有源文件之間的依賴關(guān)系。makefile關(guān)系到了整個(gè)工程的編譯規(guī)則。

一個(gè)工程中的源文件不計(jì)數(shù)，其按類型、功能、模塊分別放在若干個(gè)目錄中，makefile定義了一系列的規(guī)則來指定，哪些文件需要先編譯，哪些文件需要后編譯，哪些文件需要重新編譯，甚至于進(jìn)行更復(fù)雜的功能操作，因?yàn)閙akefile就像一個(gè)Shell腳本一樣，其中也可以執(zhí)行操作系統(tǒng)的命令。

• Make作用

Make是一種程序，它首先讀取makefile文件，然后調(diào)用編譯器、匯編器、鏈接器以便產(chǎn)生最終的可執(zhí)行文件和庫(kù)。

5. 編譯報(bào)錯(cuò)

5.1. 編譯報(bào)錯(cuò)的本質(zhì)

經(jīng)過上述對(duì)自動(dòng)化編譯系統(tǒng)的概述，以及對(duì)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言處理系統(tǒng)的概述。我們可以推測(cè)編譯報(bào)錯(cuò)的本質(zhì)就是自動(dòng)化編譯系統(tǒng)報(bào)錯(cuò)，自動(dòng)化編譯系統(tǒng)作為一個(gè)輸入輸出系統(tǒng)，非法的輸入或者空的輸入自然會(huì)引起編譯報(bào)錯(cuò)。

makefile管理整個(gè)工程的源文件和庫(kù)文件，以及計(jì)算機(jī)語(yǔ)言處理系統(tǒng)中的預(yù)處理器、編譯器、匯編器、鏈接器。從上述的編譯原理討論不難總結(jié)出幾個(gè)典型的編譯報(bào)錯(cuò)類型：

• 輸入的makefile文件中存在makefile語(yǔ)法錯(cuò)誤，將會(huì)導(dǎo)致make報(bào)錯(cuò)。計(jì)算機(jī)語(yǔ)言處理系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置不正確，或環(huán)境路徑錯(cuò)誤將會(huì)導(dǎo)致make報(bào)錯(cuò)。
• 輸入的源文件中存在C++語(yǔ)言的預(yù)處理語(yǔ)法錯(cuò)誤，將會(huì)導(dǎo)致預(yù)處理器編譯報(bào)錯(cuò)。
• 輸入的源文件中存在C++語(yǔ)言中的詞法、語(yǔ)法、語(yǔ)義錯(cuò)誤，將導(dǎo)致編譯器報(bào)錯(cuò)。
• 輸入的源文件中存在C++語(yǔ)言中庫(kù)使用錯(cuò)誤，將導(dǎo)致編譯器報(bào)錯(cuò)。
• 輸入的庫(kù)文件和源文件存在C++語(yǔ)言中的語(yǔ)法錯(cuò)誤，導(dǎo)致鏈接器報(bào)錯(cuò)。或者輸入的庫(kù)文件和源文件存在環(huán)境路徑錯(cuò)誤，將導(dǎo)致鏈接器報(bào)錯(cuò)。

5.2. makefile報(bào)錯(cuò)

• Makefile語(yǔ)法錯(cuò)誤
• 編譯器參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤

5.3. 預(yù)處理報(bào)錯(cuò)

• C++宏定義錯(cuò)誤

5.4. 源程序編譯報(bào)錯(cuò)

• C++詞法錯(cuò)誤
• C++語(yǔ)法錯(cuò)誤
• C++語(yǔ)義錯(cuò)誤
• C++的類庫(kù)使用錯(cuò)誤

5.5. 庫(kù)鏈接報(bào)錯(cuò)

• C++語(yǔ)法錯(cuò)誤
• 庫(kù)頭文件與庫(kù)本身不匹配錯(cuò)誤

5.6. 其他錯(cuò)誤

• 路徑配置錯(cuò)誤
• 文件權(quán)限獲取錯(cuò)誤
• 源文件未及時(shí)保存錯(cuò)誤

總結(jié)

以上為個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，希望能給大家一個(gè)參考，也希望大家多多支持腳本之家。

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