c++, java和c#的编译过程解析

C+, Java 和 C#的 编 译 过 程 解 析 1.1.1 摘 要 我们知道计算机不能直接理解高级语言，它只能理解机器语言，所以我们必须要把 高级语言翻译成机器语言，这样计算机才能执行高级语言编写的程序，在接下来的 博文中，我们将介绍非托管和托管语音的编译过程。 1.1.2 正 文 非托管环境的编译过程（C/C+） 纯 C/C+的程序通常运行在一个非托管环境中，类是由头文件（.h）和实现文件 （.cpp）组成，每个类形成了一个单独的编译单元，当我们编译程序时，几个基本 组件会把我们的源代码翻译成二进制代码，接下来我们通过以下图片说明非托管环 境的编译过程： 图 1 C/C+编译过程 首先是预处理器，如果在项目中有头文件和宏表达式，那么它将负责包含头文件和 翻译所有的宏观表达式。 接下来是编译器，它不是直接生成二进制代码，而是生成汇编代码（.s），这基本 上是所有现代的非结构化语言的共同基础。 然后，汇编程序把汇编代码翻译成目标代码（.o 和.obj 文件，机器指令）。 最后链接器，它把所有彼此相关的目标文件和生成的可执行文件或库链接起来。 总而言之，在一般情况下，我们的代码首先翻译成汇编代码，接着翻译成机器指令 （二进制代码）。 什么是宏？ 在 C/C+中，宏是预处理指令，它有多种应用技术：包括预定义、创建关键字和 条件编译等等。在一般情况下，这些技术在 C+中使用被认为是不好的做法，主 要原因是有可能滥用 C+提供的语法变化功能，甚至有可能在不知情情况下创建 了非标准的语言，宏不遵循一般的源代码编译规则，由于它通过预处理来处理，而 不是编译器。 托管环境的编译过程（C#/Java） 在托管环境中，编译的过程略有不同，我们熟知的托管语言有 C#和 Java，接下来， 我们将以 C#和 Java 为例介绍在托管环境中的编译过程。 当我们在喜爱的 IDE 中编写代码时，第一个检测我们代码的就是 IDE（词法分析）， 然后，编译成目标文件和链接到动态/静态库或可执行文件进行再次检查（语法分 析），最后一次检查是运行时检查。托管环境的共同特点是：编译器不直接编译成 机器码，而是中间代码，在.NET 中称为 MSIL - Microsoft Intermediate Language，Java 是字节码（Bytecode） 在那之后，在运行时 JIT（ Just In Time）编译器将 MSIL 翻译成机器码，这意味着 我们的代码在真正使用的时候才被解析，这允许在 CLR（公共语言运行时）预编译 和优化我们的代码，实现程序性能的提高，但增加了程序的启动时间，我们也可以 使用 Ngen（Native Image Generator）预编译我们的程序，从而缩短程序的启动 时间，但没有运行时优化的优点。（JeffWong 的补充 Java 是先通过编译器编译成 Bytecode，然后在运行时通过解释器将 Bytecode 解释成机器码； C#是先通过编译 器将 C#代码编译成 IL，然后通过 CLR 将 IL 编译成机器代码。所以严格来说 Java 是一种先编译后解释的语言，而 C#是一门纯编译语言，且需要编译两次 。） 图 2 C#的编译过程 .Net Framework 就是在 Win32 core 上添加了一个抽象层，它提供的一个好处就是 支持多语言、JIT 优化、自动内存管理和改进安全性；另外一个完整解决方案是 WinRT，但这涉及到另外一个主题了，这里不作详细介绍。 图 3 Windows API JIT 编译的优点和缺点 JIT 编译带来了许多好处，最大的一个在我看来是性能的优势，它允许 CLR（通用 语言运行时扮演 Assembler 组件）只执行需要的代码，例如：假设我们有一个非常 大的 WPF 应用程序，它不是立即加载整个程序，而是 CLR 开始执行时，我们代码 的不同部分将通过一个高效的方法翻译成本地指令，因为它能够检查系统 JIT 和生 成优化的代码，而不是按照一个预定义的模式。不幸的是，有一个缺点就是启动的 过程比较慢，这意味着它不适用于加载时间长的包。 JIT 的替代方案使用 NGen 如果 Visual Studio 由 JIT 创建，那么它的启动我们将需要等待几分钟，相反，如果 它是使用 Ngen（Native Image Generator）编译，它将创建纯二进制可执行文件， 如果只考虑速度的问题，那是绝对是正确的选择。 1.1.3 总 结 在非托管环境中，我们需要知道编译的过程分成编译和连接两个阶段，编译阶段将 源程序（*.c，*.cpp 或*.h)转换成为目标代码(*.o 或*.obj 文件），至于具体过程 就是上面说的 C/C+编译过程的前三个阶段；链接阶段是把前面转成成的目标代 码（obj 文件）与我们程序里面调用的库函数对应的代码链接起来形成对应的可执 行文件（exe 文件）。 托管环境中，编译过程可以分为：词法分析、语法分析、中间代码生成、代码优化 和目标代码生成等等过程；无论是.NET 还是 Java，它们都会生成中间代码（ MSIL 或 Bytecode） ,然后把优化后的中间代码翻译成目标代码，最后在程序运行时，JIT 将 IL 翻译成机器码。 无论是托管或非托管语言，它们的编译编译过程是把高级语言翻译成计算机能理解 的机器码，由于编译过程涉及的知识面很广（编译的原理和硬件知识），而且本人 的能力有限，也只能简单的描述一下这些过程，如果大家希望深入了解编译的原理， 我推荐大家看一下编译原理。 参考 1 /compilation-process-and-jit-compiler/ 更新：07/31/2013 关于作者: 作者： JK_Rush 从事.NET 开发和热衷于开源高性能系统设计，通过博文交流和 分享经验，欢迎转载，请保留原文地址，谢谢。