源碼要運(yùn)行，必須先轉(zhuǎn)成二進(jìn)制的機(jī)器碼。這是編譯器的任務(wù)。
　　比如，下面這段源碼（假定文件名叫做test.c）。
　　#include <stdio.h>int main(void){
　　fputs("Hello, world!\n", stdout);
　　return 0;}
　　要先用編譯器處理一下，才能運(yùn)行。
　　$ gcc test.c
　　$ ./a.out
　　Hello, world!
　　對(duì)于復(fù)雜的項(xiàng)目，編譯過程還必須分成三步。
　　$ ./configure
　　$ make
　　$ make install
　　這些命令到底在干什么？大多數(shù)的書籍和資料，都語焉不詳，只說這樣就可以編譯了，沒有進(jìn)一步的解釋。
　　本文將介紹編譯器的工作過程，也就是上面這三個(gè)命令各自的任務(wù)。我主要參考了Alex Smith的文章《Building C Projects》。需要聲明的是，本文主要針對(duì)gcc編譯器，也就是針對(duì)C和C++，不一定適用于其他語言的編譯。
　　編譯器的工作過程 - 第1張
　　第一步 配置（configure）
　　編譯器在開始工作之前，需要知道當(dāng)前的系統(tǒng)環(huán)境，比如標(biāo)準(zhǔn)庫在哪里、軟件的安裝位置在哪里、需要安裝哪些組件等等。這是因?yàn)椴煌?jì)算機(jī)的系統(tǒng)環(huán)境不一樣，通過指定編譯參數(shù)，編譯器就可以靈活適應(yīng)環(huán)境，編譯出各種環(huán)境都能運(yùn)行的機(jī)器碼。這個(gè)確定編譯參數(shù)的步驟，就叫做"配置"（configure）。
　　這些配置信息保存在一個(gè)配置文件之中，約定俗成是一個(gè)叫做configure的腳本文件。通常它是由autoconf工具生成的。編譯器通過運(yùn)行這個(gè)腳本，獲知編譯參數(shù)。
　　configure腳本已經(jīng)盡量考慮到不同系統(tǒng)的差異，并且對(duì)各種編譯參數(shù)給出了默認(rèn)值。如果用戶的系統(tǒng)環(huán)境比較特別，或者有一些特定的需求，就需要手動(dòng)向configure腳本提供編譯參數(shù)。
　　$ ./configure --prefix=/www --with-mysql
　　上面代碼是php源碼的一種編譯配置，用戶指定安裝后的文件保存在www目錄，并且編譯時(shí)加入mysql模塊的支持。
　　第二步 確定標(biāo)準(zhǔn)庫和頭文件的位置
　　源碼肯定會(huì)用到標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)（standard library）和頭文件（header）。它們可以存放在系統(tǒng)的任意目錄中，編譯器實(shí)際上沒辦法自動(dòng)檢測(cè)它們的位置，只有通過配置文件才能知道。
　　編譯的第二步，就是從配置文件中知道標(biāo)準(zhǔn)庫和頭文件的位置。一般來說，配置文件會(huì)給出一個(gè)清單，列出幾個(gè)具體的目錄。等到編譯時(shí)，編譯器就按順序到這幾個(gè)目錄中，尋找目標(biāo)。
　　第三步 確定依賴關(guān)系
　　對(duì)于大型項(xiàng)目來說，源碼文件之間往往存在依賴關(guān)系，編譯器需要確定編譯的先后順序。假定A文件依賴于B文件，編譯器應(yīng)該保證做到下面兩點(diǎn)。
　　（1）只有在B文件編譯完成后，才開始編譯A文件。
　　（2）當(dāng)B文件發(fā)生變化時(shí)，A文件會(huì)被重新編譯。
　　編譯順序保存在一個(gè)叫做makefile的文件中，里面列出哪個(gè)文件先編譯，哪個(gè)文件后編譯。而makefile文件由configure腳本運(yùn)行生成，這就是為什么編譯時(shí)configure必須首先運(yùn)行的原因。
　　在確定依賴關(guān)系的同時(shí)，編譯器也確定了，編譯時(shí)會(huì)用到哪些頭文件。
　　第四步 頭文件的預(yù)編譯（precompilation）
　　不同的源碼文件，可能引用同一個(gè)頭文件（比如stdio.h）。編譯的時(shí)候，頭文件也必須一起編譯。為了節(jié)省時(shí)間，編譯器會(huì)在編譯源碼之前，先編譯頭文件。這保證了頭文件只需編譯一次，不必每次用到的時(shí)候，都重新編譯了。
　　不過，并不是頭文件的所有內(nèi)容，都會(huì)被預(yù)編譯。用來聲明宏的#define命令，就不會(huì)被預(yù)編譯。
　　第五步 預(yù)處理（Preprocessing）
　　預(yù)編譯完成后，編譯器就開始替換掉源碼中bash的頭文件和宏。以本文開頭的那段源碼為例，它包含頭文件stdio.h，替換后的樣子如下。
　　extern int fputs(const char *, FILE *);extern FILE *stdout;int main(void){
　　fputs("Hello, world!\n", stdout);
　　return 0;}
　　為了便于閱讀，上面代碼只截取了頭文件中與源碼相關(guān)的那部分，即fputs和FILE的聲明，省略了stdio.h的其他部分（因?yàn)樗鼈兎浅ｉL(zhǎng)）。另外，上面代碼的頭文件沒有經(jīng)過預(yù)編譯，而實(shí)際上，插入源碼的是預(yù)編譯后的結(jié)果。編譯器在這一步還會(huì)移除注釋。
　　這一步稱為"預(yù)處理"（Preprocessing），因?yàn)橥瓿芍螅鸵_始真正的處理了。
　　第六步 編譯（Compilation）
　　預(yù)處理之后，編譯器就開始生成機(jī)器碼。對(duì)于某些編譯器來說，還存在一個(gè)中間步驟，會(huì)先把源碼轉(zhuǎn)為匯編碼（assembly），然后再把匯編碼轉(zhuǎn)為機(jī)器碼。
　　下面是本文開頭的那段源碼轉(zhuǎn)成的匯編碼。
　　.file   "test.c"
　　.section    .rodata.LC0:
　　.string "Hello, world!\n"
　　.text    .globl  main    .type   main, @functionmain:.LFB0:
　　.cfi_startproc
　　pushq   %rbp    .cfi_def_cfa_offset 16
　　.cfi_offset 6, -16
　　movq    %rsp, %rbp    .cfi_def_cfa_register 6
　　movq    stdout(%rip), %rax
　　movq    %rax, %rcx
　　movl    $14, %edx
　　movl    $1, %esi
　　movl    $.LC0, %edi
　　call    fwrite
　　movl    $0, %eax
　　popq    %rbp    .cfi_def_cfa 7, 8
　　ret    .cfi_endproc.LFE0:
　　.size   main, .-main    .ident  "GCC: (Debian 4.9.1-19) 4.9.1"
　　.section    .note.GNU-stack,"",@progbits
　　這種轉(zhuǎn)碼后的文件稱為對(duì)象文件（object file）。
　　第七步 連接（Linking）
　　對(duì)象文件還不能運(yùn)行，必須進(jìn)一步轉(zhuǎn)成可執(zhí)行文件。如果你仔細(xì)看上一步的轉(zhuǎn)碼結(jié)果，會(huì)發(fā)現(xiàn)其中引用了stdout函數(shù)和fwrite函數(shù)。也就是說，程序要正常運(yùn)行，除了上面的代碼以外，還必須有stdout和fwrite這兩個(gè)函數(shù)的代碼，它們是由C語言的標(biāo)準(zhǔn)庫提供的。
　　編譯器的下一步工作，就是把外部函數(shù)的代碼（通常是后綴名為.lib和.a的文件），添加到可執(zhí)行文件中。這就叫做連接（linking）。這種通過拷貝，將外部函數(shù)庫添加到可執(zhí)行文件的方式，叫做靜態(tài)連接（static linking），后文會(huì)提到還有動(dòng)態(tài)連接（dynamic linking）。
　　make命令的作用，就是從第四步頭文件預(yù)編譯開始，一直到做完這一步。
　　第八步 安裝（Installation）
　　上一步的連接是在內(nèi)存中進(jìn)行的，即編譯器在內(nèi)存中生成了可執(zhí)行文件。下一步，必須將可執(zhí)行文件保存到用戶事先指定的安裝目錄。
　　表面上，這一步很簡(jiǎn)單，就是將可執(zhí)行文件（連帶相關(guān)的數(shù)據(jù)文件）拷貝過去就行了。但是實(shí)際上，這一步還必須完成創(chuàng)建目錄、保存文件、設(shè)置權(quán)限等步驟。這整個(gè)的保存過程就稱為"安裝"（Installation）。
　　第九步 操作系統(tǒng)連接
　　可執(zhí)行文件安裝后，必須以某種方式通知操作系統(tǒng)，讓其知道可以使用這個(gè)程序了。比如，我們安裝了一個(gè)文本閱讀程序，往往希望雙擊txt文件，該程序就會(huì)自動(dòng)運(yùn)行。
　　這就要求在操作系統(tǒng)中，登記這個(gè)程序的元數(shù)據(jù)：文件名、文件描述、關(guān)聯(lián)后綴名等等。Linux系統(tǒng)中，這些信息通常保存在/usr/share/applications目錄下的.desktop文件中。另外，在Windows操作系統(tǒng)中，還需要在Start啟動(dòng)菜單中，建立一個(gè)快捷方式。
　　這些事情就叫做"操作系統(tǒng)連接"。make install命令，就用來完成"安裝"和"操作系統(tǒng)連接"這兩步。
　　第十步 生成安裝包
　　寫到這里，源碼編譯的整個(gè)過程就基本完成了。但是只有很少一部分用戶，愿意耐著性子，從頭到尾做一遍這個(gè)過程。事實(shí)上，如果你只有源碼可以交給用戶，他們會(huì)認(rèn)定你是一個(gè)不友好的家伙。大部分用戶要的是一個(gè)二進(jìn)制的可執(zhí)行程序，立刻就能運(yùn)行。這就要求開發(fā)者，將上一步生成的可執(zhí)行文件，做成可以分發(fā)的安裝包。
　　所以，編譯器還必須有生成安裝包的功能。通常是將可執(zhí)行文件（連帶相關(guān)的數(shù)據(jù)文件），以某種目錄結(jié)構(gòu)，保存成壓縮文件包，交給用戶。
　　第十一步 動(dòng)態(tài)連接（Dynamic linking）
　　正常情況下，到這一步，程序已經(jīng)可以運(yùn)行了。至于運(yùn)行期間（runtime）發(fā)生的事情，與編譯器一概無關(guān)。但是，開發(fā)者可以在編譯階段選擇可執(zhí)行文件連接外部函數(shù)庫的方式，到底是靜態(tài)連接（編譯時(shí)連接），還是動(dòng)態(tài)連接（運(yùn)行時(shí)連接）。所以，最后還要提一下，什么叫做動(dòng)態(tài)連接。
　　前面已經(jīng)說過，靜態(tài)連接就是把外部函數(shù)庫，拷貝到可執(zhí)行文件中。這樣做的好處是，適用范圍比較廣，不用擔(dān)心用戶機(jī)器缺少某個(gè)庫文件；缺點(diǎn)是安裝包會(huì)比較大，而且多個(gè)應(yīng)用程序之間，無法共享庫文件。動(dòng)態(tài)連接的做法正好相反，外部函數(shù)庫不進(jìn)入安裝包，只在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)引用。好處是安裝包會(huì)比較小，多個(gè)應(yīng)用程序可以共享庫文件；缺點(diǎn)是用戶必須事先安裝好庫文件，而且版本和安裝位置都必須符合要求，否則就不能正常運(yùn)行。
　　現(xiàn)實(shí)中，大部分軟件采用動(dòng)態(tài)連接，共享庫文件。這種動(dòng)態(tài)共享的庫文件，Linux平臺(tái)是后綴名為.so的文件，Windows平臺(tái)是.dll文件，Mac平臺(tái)是.dylib文件。