深入认识Turbo C编译器时间:2010-05-12 22:08:18来源:网络 作者:未知 点击:51次
1 编译器
有谁真正的理解过一个编译器呢？许多人认为TC很简单很落后，但是即便是这样简单的工具，到底有几个人真正的深入理解了呢？一个简单的编译器都不能理解，如何能成为高手，如何能深入的使用更加高级的工具呢？不要以为自己使
1 编译器
有谁真正的理解过一个编译器呢？许多人认为TC很简单很落后，但是即便是这样简单的工具，到底有几个人真正的深入理解了呢？一个简单的编译器都不能理解，如何能成为高手，如何能深入的使用更加高级的工具呢？不要以为自己使用的是VC就很了不起，因为使用这样傻瓜化的工具只能让你看不到事物的本质。接下来我们就来深入的认识Turbo C编译器。
广义的编译器，包括了代码编译器(compiler)、目标文件链接器(linker)、库文件管理工具(如tc的tlib、gcc的ar)、编译驱动工具(如VC的NMake、gcc的make)、ANSI c/c++标准的头文件和库文件、扩展的头文件和库文件、集成开发环境(IDE)等等与编译相关的工具。
狭义的编译器，则仅指代码编译器(compiler)。
对于一个广义的编译器来说以下几个部分是必备的：1piler，2.linker，3.系统提供的头文件和库文件。下面分别介绍compiler和linker。
compiler只负责将源代码（.c/.cxx/.cpp文件）编译成为目标文件（.o/.obj文件）。编译过程的输入是源文件，包括自己书写的.c和.h以及系统提供的.件，编译的输出是目标文件。需要强调的一点时，在compile阶段，只处理源文件，所以不需要库文件和额外的目标文件的参与，因此，只要代码在语法上没有错误，compile就一定能产生目标文件。
linker的功能是将目标文件进行装配，将浮动的地址变为确定的地址，这个工作是通过修改目标文件的重定位项来实现的，其具体的过程可以参考《Linker & loader》这本书，这是一本详细介绍linker和loader的好书。总之，link这一阶段处理的输入是目标文件，其输出是可执行文件或动态库。
任何一个编译器都会提供库文件和与之对应的头文件，C/C++编译器一般都提供ANSI C/C++的库和相应的头文件。
从现在起我们就需要建立起一个概念，就是广义的编译过程，实际上是由编译和链接两个基本步骤组成的，如果能深刻的理解这两个步骤，就是一大进步了。
在编译器里，有一些默认的规定：bin目录用于存放compiler、linker等工具，include目录用于存放头文件，lib目录用存放库文件，大多数的编译器的目录就是按这个来组织的。
2 Turbo C 2.0.1安装目录结构
接下来看Turbo C为我们提供了些什么(请到我的网站下载我动手制作的改良版TC编译器)。
(1) bin目录中：
CPP.EXE 是一个C语言预处理工具，就是负责对源代码进行预编译处理。
TCC.EXE 是一个C语言的编译器，可以将代码编译为目标文件，并且能自动调用tlink链接生成可执行文件
TASM.EXE是一个汇编工具，可以将x86的汇编代码编译成为目标文件
TLINK.EXE是一个链接器，负责对目标文件、库文件等进行链接
TLIB.EXE是一个库文件管理工具，可以将多个目标文件打包到一个库文件里
BGIOBJ.EXE可以将BGI文件转换为.obj文件
MAKE.EXE符合GNU标准的make工具，可用于代码编译的管理(只有在我制作的TC中提供)
TURBOC.CFG是TCC默认的编译参数配置文件。
以上所有的工具的使用方法都可以直接键入相应的命令进行查看，如键入tcc即可看到tcc的使用方法。
(2) BGI目录中：EGAVGA.BGI 是EGAVGA的bgi驱动
(3) FONT目录中：存放了BGI所使用到的各种字体文件
(4) INCLUDE目录中：是Turbo C的库函数的所有的头文件，当要使用某个库函数时可以在这个目录下搜索，到其所在文件和原型。
(5) 重点讲一下LIB目录：
init.obj文件是C语言的启动代码，它负责建立C程序运行的堆栈、初始化内存、调用C入口函数等。这部分代码是使用汇编书写的，其源代码可以在TC(官方版)里到，名称为Init.ASM。
c0c.obj、c0h.obj、c0l.obj、c0m.obj、c0s.obj和c0t.obj文件，都是c code的入口函数实现，入口函数将会读取环境变量，并调用c语言中的main函数，将命令行参数传入main函数中，之后的控制权就交给了main函数，也就是我们常说的C的主函数main。由于Turbo C中有不同的内存模式，因此以上6个文件分别对应TC中6种不同的内存模式。
CC.LIB、CH.LIB、CL.LIB、CM.LIB、CS.LIB五个库文件都是TC提供的ANSI C标准库的库文件，分别对应不同的内存模式：
由于不同模式参数的入栈方式、函数的调用方式等都各不一样，所以代码也不一样，因此需要分别提供各个模式的库文件。
3 Turbo C中的内存模式
内存模式的出现不是由编译器决定的，而是由处理器的寻址方式决定的，在8086处理器中为了在16位寄存器的基础上寻址20位的地址，引入了段寄存器和分段寻址的方式。在编译器这一级，利用这种段式的寻址方式，可以实现多种不同的存储分配方法，因此就产生了所谓的不同的内存模式。
(1) tiny： 程序和数据在一个64K字节的段内
(2) small： 独立的代码段(64KB)和独立的数据段(64KB)
(3) medium：多个代码段(1MB)和单个数据段(64KB)
(4) compack：单个代码段(64KB)和多个数据段(1MB)
(5) large：多个代码段(1MB)和多个数据段(1MB)，数据指针不能跨越段边界，否则将回绕。
(6) huge： 多个代码段(1MB)和多个数据段(1MB)，数据指针可以跨越段边界，不会回绕。
在TC中内存模式与far、near、huge等关键字又有着密切的关系。在tiny、small模式下，所有的函数定义、全局变量定义和指针变量的定义，如果没有显示的加上far、near、huge等关
键字，都默认为使用了near关键字；在medium模式下，函数定义默认使用了far关键字，变量定义默认使用了near关键字；在compact模式下函数定义模式默认使用了near关键字，变量定义默认使用了far关键字；large模式下函数定义和变量定义模认使用了far关键字；huge模式下函数定义模认使用了far关键字，变量定义默认使用了huge关键字。如下表所示：
near、far、huge关键字的真正含义是什么？这三个关键字只能用于修改函数、全局变量和指针变量，对于非指针类型的局部变量，这些关键字没有实际意义。
当这三个关键字用于修饰函数时，huge的含义与far相同，用于指明该函数的调用方式为far调用方式，即调用时需要一个段值和一个段偏移组成的32bits调用地址，使用far call进行跳转，跳转前先压栈保存当前CS:IP。near修饰函数时，用于指明该函数的调用方式为near调用方式，调用时只需要一个16bits的近地址，即当前CS的段内偏移。
当这三个关键字用于修饰指针时，near型指针实质上为16bits的无符号整型数，该整数给出了所指向变量在当前数据段内的偏移地址，也就是说，在使用near型指针寻址时实际上是进行如下的寻址操作：[DS:指针变量值]。对于far型的指针变量，可以寻址1MB地址空间的任意一个地方，far型指针的实质是一个32bits的整型数，高16bits为段值，低16bits为段内偏移，
Turbo C中在使用far型指针时，会先将高16bits放入ES寄存器中，然后再进行如下的寻址操作：[ES:指针变量低16bits值]。对于huge型的指针变量，与far型指针变量的不同之处在于，在对far型指针变量进行+、++、-、--等操作时，far型指针变量保持段值不变（也就是高16bits），而只对段内偏移进行加减操作，所以会出现段内回绕的现象，而huge型的指针，在进行加减操作时将会自动的改变段值，不会出现段内回绕。所以给人的感觉就是huge型指针能比far型指针寻址更大的内存空间。
对于局部变量，由于是创建在堆栈上，所以near、far、huge关键字将不具备任何意义，因为创建在堆栈上的变量的寻址方式就只有一种，即使用SP和BP维护函数堆栈，利用BP+/-一个偏移来寻址函数参数变量和局部变量。这样的寻址方式是固定而唯一的，near和far等关键字都派不上用场，这里的near和far将没有任何的实际含义。
对于near、far和huge修饰全局变量也就很容易理解了。near型的全局变量，被分配到了当前的数据段上，寻址这个变量只需要一个16bits的偏移量，而far型全局变量在寻址时，需要给出段值和偏移量。huge型数组可以使用大于64K的内存空间。
far、near、huge型指针变量之间的相互转换，从小尺寸的指针到大尺寸的指针将进行自动的
类型转换，转换方式为加上当前的DS形成32bits的指针。从大尺寸的指针到小尺寸的指针需要进行强制类型转换，转换的结果为只保留低16bits，但是这样的转换没有实际的意义或者说用处不大，并且极其容易引入内存访问的错误，所以要严格避免使用。
需要注意的是，near、far、huge三个关键字的使用，还需要内存模式的紧密配合。但并不是说tiny模式下就不能使用near、far、huge三个关键字。tiny模式下同样可以定义如下的指针：
char far *pbuf = 0xA0000000;手机上的c语言编译器怎么用
并且我能保证这个指针能够绝对正确的工作，对函数、全局变量的修饰也是如此。但是如何正确的工作，如何才是最合理的方式，请自己思考了。请看前面讲的基本原理。
Turbo C中，我想最为困惑的就是内存模式了，我也是费了很多时间和精力，通过分析Turbo C的汇编代码得出的以上结论。许多朋友都对此很困惑，所以这部分重点讲了下，和大家分享。如有不正确之处，请不吝赐教，旨在抛砖引玉。
TCC.EXE编译汇编代码的方法为：
tcc -c -mt -S filename.c
-c表示compile only
-mx用于指定内存模式：
-S表示生成汇编代码。
如果大家有兴趣可以尝试使用这个方法分析tcc编译产生的汇编代码，从而更加深刻的理解C与汇编的关系。
当我们在编写、制作并向用户提供自己的库文件时，也需要注意内存模式的匹配，否则在进行链接时会存在问题。一个较为简单的方法就是向用户提供全套内存模式的库文件，这也是Turbo C的ANSI C库的做法，前文已经提到。如果不想提供多个内存模式的库文件，可以对程序中每个函数、全局变量和指针变量进行显式的类型声明，以精确定义每个变量的类型。

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