1つのコマンド、4つの段階
コマンドを1つ打つだけで、C のプログラムがマシンで動くものに変わります。そのコマンドの中には、4つの段階が隠れています。ビルドに失敗したとき、エラーはそのどれかから出ています。どの段階のエラーかが分かれば、どこを見ればよいかが分かります。
このレッスンが終わると
メモ
コンパイラがプログラムを通す段階の名前を言うことができる。
キーワード
- コンパイラ：ソースコードをプロセッサの命令に変えるプログラム。
- プリプロセッサ：最初の段階。ファイルを貼り込み、名前を置き換える。
- アセンブリ：プロセッサの命令を、言葉で書いたもの。
- リンカ：最後の段階。機械語の部品をつないで1つのプログラムにする。
- トークン：プログラムの1語。数や記号など。
- 構文解析器（パーサ）：トークンが文法に合っているかを調べる部分。
ウォームアップ：すでに知っていること
メモ
頭の中で答えてみましょう。1. cd は何をしますか。2. cat は何を表示しますか。3. 名前が .c で終わるファイルには何が入っていますか。3つめの答えは、すぐに使います。
はじめる前に
メモ
このレッスンの上にあるバーのラボを起動を押してください。このラボは、あなた専用の Ubuntu のマシンまるごとです。コンテナよりも、立ち上がるまで少し時間がかかります。実行ボタンを押すと、コマンドが順番にマシンのターミナルへ入力されます。「マシンはまだ起動中です」と出たら、数秒待ってからもう一度押してください。自分で入力と書かれたところでは、プログラムがあなたの入力を待ちます。バーのターミナルを開くを押して、自分で打ち込みます。
プリプロセッサは貼り込み、置き換える
gcc -E は最初の段階で止まり、できたものを表示します。#include <stdio.h> の1行が何百行にもなるので、tail -n 8 で最後だけを見ます。main を見てください。GREETING という名前は消え、そこにマクロの文字列が入っています。コメントも消えています。
cd ~/compilerここでは表示のみで、実行されません。無料アカウントを作成すると、実行ボタンで自分のラボのターミナルに入力できます。
gcc -E hello.c | tail -n 8ここでは表示のみで、実行されません。無料アカウントを作成すると、実行ボタンで自分のラボのターミナルに入力できます。
チェック
ヒント
GREETING はどうなりましたか。答え： コンパイラ本体がプログラムを見る前に、プリプロセッサが文字列に置き換えました。
コンパイル、アセンブル、リンク
gcc -S はコンパイルの後で止まり、hello.s を書きます。このマシンのプロセッサ用のアセンブリです。中で square と main を探し、square を呼ぶ call か bl を見つけてください。gcc -c はもう1段階進み、機械語の hello.o を書きます。最後の gcc は、printf のある C ライブラリとリンクして、プログラムにします。
gcc -S hello.cここでは表示のみで、実行されません。無料アカウントを作成すると、実行ボタンで自分のラボのターミナルに入力できます。
cat hello.sここでは表示のみで、実行されません。無料アカウントを作成すると、実行ボタンで自分のラボのターミナルに入力できます。
gcc -c hello.cここでは表示のみで、実行されません。無料アカウントを作成すると、実行ボタンで自分のラボのターミナルに入力できます。
gcc hello.o -o helloここでは表示のみで、実行されません。無料アカウントを作成すると、実行ボタンで自分のラボのターミナルに入力できます。
./helloここでは表示のみで、実行されません。無料アカウントを作成すると、実行ボタンで自分のラボのターミナルに入力できます。
よくある間違い
注意
コンパイラは C を一度にプログラムへ変えるので、エラーはすべてコードの誤りだ、と考える人がよくいます。実際には4つの段階があります。undefined reference to のあとに名前が続くエラーはリンカから出ています。コードのコンパイルは済んでいて、最後の段階に必要な部品が渡されていないのです。
チェック
ヒント
アセンブリで止まるコマンドはどれで、オブジェクトファイルを書くコマンドはどれですか。答え： gcc -S が hello.s を、gcc -c が hello.o を書きます。
コンパイラは意味も調べる
C の文法をすべて守っていても、意味の通らないプログラムはあります。scope.c では、step はループの中で作られ、ループの後、もう存在しない場所で使われています。-Wall は、gcc にふつうの警告をすべて出させます。答えを読みましょう。ビルドを止めるエラー（step が宣言されていない）と、止めない警告（unused が一度も使われていない）です。
gcc -Wall -c scope.cここでは表示のみで、実行されません。無料アカウントを作成すると、実行ボタンで自分のラボのターミナルに入力できます。
自分で作れる字句解析器と構文解析器
calc.l は flex に、トークンの形を教えます。数、記号、かっこです。calc.y は bison に文法を教え、* と / が + と - より先だと伝えます。make は Makefile を読み、bison、flex、gcc を正しい順に動かします。できた電卓は、この式に 20 ではなく 14 と答えます。
makeここでは表示のみで、実行されません。無料アカウントを作成すると、実行ボタンで自分のラボのターミナルに入力できます。
echo "2 + 3 * 4" | ./calcここでは表示のみで、実行されません。無料アカウントを作成すると、実行ボタンで自分のラボのターミナルに入力できます。
最後のチェック
ヒント
前を見ないで答えましょう。1. 4つの段階を順に言いましょう。2. マクロを置き換えるのはどの段階ですか。3. 文字をトークンに変えるのはどの部分ですか。4. 使われない変数は、エラーですか、警告ですか。答え： プリプロセス、コンパイル、アセンブル、リンク。プリプロセッサ。字句解析器（ここでは flex が作ったもの）。警告。
先生へ
ヒント
このレッスンは VM ラボで行います。学生はそれぞれ自分の Ubuntu マシンを持ち、実行ボタンはそのターミナルに入力して、表示された結果を見せます。学習のポイント：1. ビルドには、プリプロセス、コンパイル、アセンブル、リンクの4段階がある。2. gcc -E、-S、-c は各段階の後で止まるので、途中の結果を読める。3. 字句解析器がトークンを作り、構文解析器がそれを文法と照らし合わせる。よくある間違い：リンカのエラーを、コードの誤りだと読んでしまう。準備するもの：ラボとブラウザ。ヒント：hello.c と hello.s を並べ、C の各行がアセンブリのどこになったかを探させてください。このラボには検査がなく、採点もしません。成績が必要なら、独自の提出物を出してください。