HaveFunWithEmbeddedSystem/Chapter2 C与C++/2.3 编译原理.md

# 2.3 编译原理

很多人误以为编译是一个过程，实际上，编译一个 C/C++ 程序分为编译和链接两个过程。  

## 2.3.1 编译与连接

编译型语言的源码是不能被直接执行的，只有满足特定处理器架构要求的机器码才能被 CPU 执行。将程序源码转变成机器码的过程称为编译，这个过程会生成扩展名为“.o”的目标文件。  

通常，一个编译后的程序仍然是不能独立执行的，人们还引入了静态链接库、动态链接库、共享库等，程序需要依赖于这些库才能运行。更多的时候则是依赖于，来自于同一项目的其他源码文件所对应的目标文件。  

+ 程序A  
  + 目标文件1.o <- 源码1.cpp  
  + 目标文件2.o <- 源码2.c  
  + B.dll
  + C.dll
  + D.dll  

一旦程序编译分为了两个步骤，我们就要区分在编译和链接过程中产生的问题，如果能定位到编译错误或者链接错误，将帮助我们缩小问题的范围。例如：在编译过程中，找不到某个符号的定义，那么很有可能是忘记了引用相关的头文件，或是忘记了声明；而如果是在链接过程中找不到某符号，则有可能是忘记告诉编译器要链接哪些额外的库了。  

## 2.3.2 链接库

本文不打算更深入的讲解编译和链接的原理，但是静态库、动态库、共享库等内容确实值得进行一些介绍。  

库程序的存在是有特殊意义的。首先，库程序极大的简化了开发程序的复杂度——你可以直接使用某些已经实现的功能，而不必亲自去编写它；其实，那些广泛使用的库程序，他们通常经过了严格的测试，和大量的验证，某些 bug 早已被发掘并修复，因此，库程序要比自己编写的相同功能的程序更稳定可靠；最后，库程序极大的减少了系统中程序的重复率，哪些经常要被很多程序使用到的功能，被封装到一个共享库中，这减少了程序所占的存储空间。  

## 2.3.3 静态库、共享库和动态库

库可以有三种使用的形式：静态、共享和动态。  

静态库的代码在编译和链接时就已复制到程序中，其执行不依赖于库文件的存在，执行效率高，但是生成的程序体积大；  

共享库并没有被编译和链接到程序中，而是在程序运行时才载入，在编译时，只是简单地指定需要使用的库函数，程序的运行依赖于共享库，但其生成的程序体积相对较小；  

动态库是共享库的另一种变化形式。动态库同样在程序运行时载入，但与共享库不同的是，库函数不是在程序运行开始就加载，而是在程序中的语句需要使用该函数时才载入，在程序执行完库函数后释放动态库，腾出内存空间供其它程序使用。动态库不仅优化了程序的存储空间，也优化了程序运行时所需的内存空间，但是其执行效率没有静态库高，并且程序的执行同样依赖于库文件。  

## 练习

将个位数的加减乘除运算编写成动态库，每个库函数的输入是类似于"3+9=“这样的字符串。在另一个程序中调用这些库函数，记录并判断用户输入的合法性，将用户输入传递给库函数，得到库函数返回的结果后，调用输出程序将结果打印出来。