컴파일링

학습 목표

• 컴파일링의 네 단계를 설명할 수 있다.

핵심 단어

• 컴파일링
• 어셈블링
• 링킹

우리가 명령어를 실행할 때 정확히 어떤 일이 일어나는지 알아보자

> Code

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    printf("hello, world\n");
}

• printf는 출력을 담당하는 함수이고 이 함수를 사용하기 위해서는 stdio.h 라이브러리가 필요하다.
• 정확히 말하면 stdio.h는 헤더 파일로 C언어로 작성되어 있으며 파일명이 .h로 끝나는 파일이다.
• 이 파일에는 printf함수의 프로토타입이 있어서 Clang 컴파일러가 프로그램을 컴파일할 때 printf가 무엇인지 알려주는 역할을 한다.
• 코드를 clang hello.c로 컴파일하고 ./a.out명령으로 프로그램을 실행할 때 이 과정은 컴퓨터가 이해하는 0과 1로 가득찬 파일 a.out을 생성하여 실행 가능하게 한다.
• 만약 a.out와 다른 이름(hello)으로 컴파일을 하고 싶다면 아래와 같이 명령행 인지를 추가해줘야 한다.
• clang -o hello hello.c
• 간단하게 make를 이용하면 이 모든 컴파일 과정을 자동으로 처리할 수 있다.

make나 clang을 사용해서 프로그램을 실행할 때 아래 네 개의 단계를 거친다.

• 전처리
• 컴파일링
• 어셈블링
• 링킹

전처리(Precompile)

컴파일의 전체 과정은 네 단계로 나누어볼 수 있다. 그 중 첫 번째 단계는 전처리인데, 전처리기에 의해 수행된다. #으로 시작되는 C 소스 코드는 전처리기에게 실질적인 컴파일이 이루어지기 전에 무언가를 실행하라고 알려준다.

예를 들어, #include는 전처리기에게 다른 파일의 내용을 포함시키라고 알려준다. 프로그램의 소스 코드에 #include와 같은 줄을 포함하면, 전처리기는 새로운 파일을 생성하는데 이 파일은 여전히 C 소스 코드 형태이며 stdio.h파일의 내용이 #include 부분에 포함된다.

컴파일(Complie)

전처리기가 전처리한 소스 코드를 생성하고 나면 그 다음 단계는 컴파일이다. 컴파일러라고 불리는 프로그램은 C코드를 어셈블리어라는 저수준 프로그래밍 언어로 컴파일한다.

어셈블리는 C보다 연산의 종류가 훨씬 적지만, 여러 연산들이 함께 사용되면 C에서 할 수 있는 모든 것들을 수행할 수 있다. C코드를 어셈블리 코드로 변환시켜줌으로써 컴파일러는 컴퓨터가 이해할 수 있는 언어와 최대한 가까운 프로그램으로 만들어 준다. 컴파일이라는 용어는 소스 코드에서 오브젝트 코드로 변환하는 전체 과정을 통틀어 일컫기도 하지만, 구체적으로 전처리한 소스 코드를 어셈블리 코드로 변환시키는 단계를 말하기도 한다.

어셈블(Assemble)

소스 코드가 어셈블리 코드로 변환되면, 다음 단계인 어셈블단계로 어셈블리 코드를 오브젝트 코드로 변환시키는 것이다. 컴퓨터의 중앙처리장치가 프로그램을 어떻게 수행해야 하는지 알 수 있는 명령어 형태인 연속된 0과 1들로 바꿔주는 작업이다. 이 변환작업은 어셈블러라는 프로그램이 수행한다. 소스 코드에서 오브젝트 코드로 컴파일 되어야 할 파일이 딱 한 개라면, 컴파일 작업은 여기서 끝이난다. 그러나 그렇지 않은 경우에는 링크라 불리는 단계가 추가된다.

링크(Link)

만약 프로그램이 (math.h나 cs50.h와 같은 라이브러리를 포함해) 여러 개의 파일로 이루어져 있어하나의 오브젝트 파일로 합쳐져야 한다면 링크라는 컴파일의 마지막 단계가 필요하다. 링커느 ㄴ여러 개이ㅡ 다른 오브젝트 코드 파일을 실행 가능한 하나의 오브젝트 코드 파일로 합쳐준다.

이 네 단계를 거치면 최종적으로 실행 가능한 파일이 완성된다.