編譯器編譯內(nèi)核原理以及其應(yīng)用

    上篇文檔簡(jiǎn)要介紹了一下編譯器的編譯內(nèi)核，當(dāng)然介紹的很簡(jiǎn)單，沒(méi)有深入進(jìn)去，俗話說(shuō)不深入怎么High，所以這里我們深入進(jìn)去搞一下，看看里面都有些什么有用的東東。

        這里以市面上用的最多的Keil MDK為例，我們來(lái)研究下。

1、先上一張老圖，然后我們仔細(xì)看下這個(gè)器、那個(gè)器的都是干啥的：

    上一篇文章的圖片，上一篇文章也簡(jiǎn)要介紹了下，但你可能會(huì)問(wèn)，這東西了解了又能怎樣？有什么用嗎？那么好，司機(jī)我就來(lái)給大家?guī)?，看看了解編譯原理是不是真的那么沒(méi)用？

    司機(jī)嘛，首先先來(lái)帶大家認(rèn)認(rèn)路，你說(shuō)這幾個(gè)東東很重要，但是在Keil里面我們?cè)趺凑业剿麄兡兀?br>

    你可以在"keil根目錄\ARM\ARMCC\bin"下找到他們，如下圖所示：

    就是這幾個(gè)東東，他們就是keil編譯器的內(nèi)核，把你編寫(xiě)的C代碼變成可以燒寫(xiě)到MCU中執(zhí)行的2進(jìn)制文件就是這幾個(gè)東東來(lái)完成的，其中armar.exe就是預(yù)處理器、armcc.exe是編譯器、armasm.exe是匯編器、armlink.exe是鏈接器、fromelf.exe是elf文件的實(shí)用工具集。

    有了這幾個(gè)東東你可以甚至都不用Keil的編程界面都可以干活，直接在windows的shell界面里面通過(guò)命令行就可以編譯鏈接，但這個(gè)是真沒(méi)啥用，純裝B，有IDE不用非要自己敲命令行這部找罪受嘛，這里就不介紹這種沒(méi)啥用的招數(shù)了。

    當(dāng)然了你也可以在集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中見(jiàn)到這幾個(gè)貨：

    如上圖：

    1、匯編器的相關(guān)選項(xiàng)；2、編譯器的相關(guān)選項(xiàng)；3、預(yù)處理器的相關(guān)選項(xiàng)；4、鏈接器描述文件（*.map）中包含的內(nèi)容；

    還有這個(gè)：

    上圖是專門(mén)的鏈接器相關(guān)配置的界面；那么這些東東都是干嘛用的呢？  

    讓我們先來(lái)舉個(gè)栗子，考慮比如下面這樣一段代碼：

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

    啟動(dòng)代碼中的Reset_Handler代碼，大家可以一眼看出來(lái)這段代碼是錯(cuò)誤的，其中紅色字體的errorfunc是我故意填在這里的一個(gè)不存在的函數(shù)，編譯必然報(bào)錯(cuò)，那么我們看看編譯器是怎么報(bào)錯(cuò)的？

    重點(diǎn)在途中藍(lán)色底紋的部分，注意第一個(gè)單詞：assembling……，然后后面跟著出錯(cuò)信息，沒(méi)錯(cuò)，這是一個(gè)匯編器錯(cuò)誤；再看下面，我再代碼里面給出一個(gè)錯(cuò)誤（我在main.c里面刪掉了一個(gè)頭文件）：

    還是看藍(lán)色底紋部分，注意第一個(gè)單詞：compiling……，然后后面跟著出錯(cuò)信息，沒(méi)錯(cuò)，這是一個(gè)編譯器錯(cuò)誤，跟上面的不同，這是編譯器報(bào)錯(cuò)，我們?cè)倏聪旅嬉粋€(gè)錯(cuò)誤，代碼如下：

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);
}
}

    錯(cuò)誤的是紅色字體的不存在函數(shù)errorfunc，我們make一下整個(gè)工程，看看怎么報(bào)錯(cuò)：

    還是看藍(lán)色底紋部分，注意第一個(gè)單詞：linking……，然后后面跟著出錯(cuò)信息，這次是一個(gè)鏈接器錯(cuò)誤！

    發(fā)現(xiàn)了嗎？大家經(jīng)常說(shuō)的編譯器報(bào)錯(cuò)，其實(shí)是幾個(gè)不同的東西再報(bào)錯(cuò)，編譯器、匯編器、鏈接器都會(huì)報(bào)錯(cuò)，那你可能會(huì)問(wèn)，知道這個(gè)有啥用呢？當(dāng)然是有用的，比如匯編器報(bào)錯(cuò)，基本跟C語(yǔ)言沒(méi)關(guān)系，基本可以斷定是匯編語(yǔ)言語(yǔ)法錯(cuò)誤或者是嵌入C語(yǔ)言的匯編語(yǔ)言出錯(cuò)（在C中嵌入?yún)R編是一種非常有效的編程手段）；如果是鏈接器報(bào)錯(cuò)，那就基本跟C語(yǔ)言語(yǔ)法無(wú)關(guān)，不是你的C語(yǔ)法上出錯(cuò)，很可能是你調(diào)用了不存在的函數(shù)或者鏈接器腳本寫(xiě)錯(cuò)了，或者使用了不存在的標(biāo)號(hào)Symbol；而只有編譯器報(bào)錯(cuò)，才總是你的C寫(xiě)的有問(wèn)題，而我見(jiàn)過(guò)很多程序猿，看見(jiàn)報(bào)錯(cuò)就馬上在自己的C代碼里面翻來(lái)覆去的找，結(jié)果根本找不到錯(cuò)誤，所以看到錯(cuò)誤的第一反應(yīng)是看看是誰(shuí)報(bào)錯(cuò)？匯編器、編譯器、還是鏈接器，這樣可以排除掉N多可能性，可以幫助你迅速排查錯(cuò)誤，以上示例代碼很簡(jiǎn)單，大家可以一眼就看到錯(cuò)誤，但是如果你的代碼十分巨大，內(nèi)部代碼調(diào)用關(guān)系十分復(fù)雜的情況下你就會(huì)發(fā)現(xiàn)這個(gè)技巧相當(dāng)有效。

 2、你就是老板，當(dāng)然要學(xué)會(huì)看工作報(bào)表：

    我就是個(gè)寫(xiě)代碼的，不是BOSS，干好活就得了。但是做開(kāi)發(fā)環(huán)境的可不這么想，對(duì)于IDE來(lái)說(shuō)，他們才是干活的，你是告訴他們?cè)趺锤苫畹睦习?，他們干了哪些事情，?huì)通過(guò)報(bào)表的形式匯報(bào)給你，這就是編譯器生成的中間文件，要當(dāng)一個(gè)好老板當(dāng)然得會(huì)看報(bào)表，所以一個(gè)合格的寫(xiě)代碼的要學(xué)會(huì)看編譯器的中間文件。

    看下圖……：

    這是一個(gè)LPC5408的hello world例程由編譯器生成的中間文件，這些就是你的“預(yù)處理器員工”、“編譯器員工”、“匯編器員工”、“鏈接器員工”的工作報(bào)表。我們來(lái)一起看一下：

    首先是擴(kuò)展名為“.i”的預(yù)處理器文件，這貨幾乎很少用到，基本就是把C文件中用到的頭文件內(nèi)容導(dǎo)入到C語(yǔ)言中，如果頭文件部分有問(wèn)題，是比較容易找到問(wèn)題的，很少會(huì)需要“.i”的協(xié)助，這里就不列出來(lái)看了，大家有興趣自己打開(kāi)這種文件看一下。

    然后是“*.lst”和“*.txt”編譯器&匯編器的報(bào)表文件，也很少用到，這里略過(guò)。

    最后是真正有用的鏈接器描述文件“*.map”非常有用，絕對(duì)是你的“核心員工”的工作報(bào)表，也是最復(fù)雜的一個(gè)，工程配置里面可以看到其配置項(xiàng)，非常的多，在工程配置的Listing選項(xiàng)卡里面，如下圖：

    整個(gè)*.map文件也是巨長(zhǎng)，里面大概的內(nèi)容有：

    （1）標(biāo)號(hào)表

        鏈接器生成的所有標(biāo)號(hào)，包括所有函數(shù)名&全局變量名稱都可以生成標(biāo)號(hào)，每一個(gè)標(biāo)號(hào)的地址以及其占有的存儲(chǔ)空間情況。

    （2）存儲(chǔ)空間占用情況

        這里只列一部分，map文件里面更詳細(xì)，連每一個(gè)函數(shù)的占用情況都會(huì)列出來(lái)。

    （3）所有被鏈接（不是編譯）的函數(shù)列表及其地址，沒(méi)有被鏈接的也有，如果你有興趣看的話

        如下圖，截取了一小部分

    但這些東西具體有什么用，我們會(huì)在以后的文章中大量涉及，這里很難單獨(dú)說(shuō)清楚，先打下一個(gè)基礎(chǔ)，我們以后的文章會(huì)經(jīng)常涉及這個(gè)map文件，如果你真的把這個(gè)文件看明白了并能熟練應(yīng)用，那么恭喜你，你就解鎖了一個(gè)重要技能包。

    這里對(duì)編譯器部分介紹很簡(jiǎn)單，以后其他文章里面我們會(huì)深入探討，然后我也打算寫(xiě)一篇介紹GCC/GNU工具鏈用于嵌入式開(kāi)發(fā)的文章，那是一片更廣闊的天地。

    原本打算寫(xiě)一篇深入介紹編譯器原理&應(yīng)用的文章，但寫(xiě)到這里還是寫(xiě)不下去了，主要是相互依存的點(diǎn)很多，避開(kāi)這些點(diǎn)單獨(dú)談編譯器原理&應(yīng)用是非常不現(xiàn)實(shí)的。想來(lái)想去，這些體系性的東西還是要循序漸進(jìn)，以后隨著我們解鎖了更多的技能包我們?cè)贂?huì)深入探討這部分內(nèi)容。