De la Codul-Sursa la Programul Executabil

• Preprocesare

In general, programele sursa trec printr-o faza de precompilare in care se fac cateva modificari simple asupra textului programului, rezultand un fisier care contine un text in acelasi limbaj ca si cel initial.  Principalele operatii in timpul preprocesarii sunt:
• expandarea macrodefinitiilor (#define)
• includerea de fisiere.  (#include)
 
• Compilarea

Compilare transforma un program scris intr-un limbaj de programare compilabil (ex. C, C++) in cod obiect. Pentru limabjul C++ intrarea procesului de compilare este un fisier C++,  iar iesirea este un fisier cu reprezentand codul obiect generat, intr-un format pregatit pentru  faza de editare a legaturilor. Compilarea realizeaza implicit si preprocesarea. De obicei, in UNIX fisierele care contin codul-obiect au acelasi nume cu fisierul compilat dar au extensia ".o"
 
• Linkeditarea

Are rolul de a "lega" intre ele mai multe fisiere-obiect si de a crea pe baza lor un fisier executabil. Faza de linkeditare este impusa de
facilitatea limbajului C++ de compilare separata. In afara de fisierele care contin codul realizat de utilizator, mai este uneori includerea unor biblioteci de obiecte utilizate de program. Asadar intrarile etapei de likeditare sunt fisierele-obiect obtinute din etapa de compilare si bibliotecile externe.

Compilatorul gcc este la origine unul dintre cele mai bune compilatoare de C existente. El a fost extins pentru a putea compila si programe C++,  si aceasta varianta a sa a fost denumita g++ . modul sau de utilizarea fiind insa consistent gcc-ul.  Nu ne propunem in acest paragraf sa discutam in detaliu utilizarea compilatorului gcc/g++ , ci doar sa oferim cateva exemple care sa ilustreze modul uzual de utilizare a sa. Pentru detalii consultati pagina de manual (man gcc).
 

• Compilarea unui fisier-sursa unic. In acest caz compilarea si faza de linkeditare pot fi contopite, faza de linkeditare desfasurandu-se transparent pentru utilizator. Astfel printr comanda:
g++  foo.cc -o foo
 
obtinem din fisierul sursa C++ foo.cc executabilul foo.
 
• Compilarea unui program cu fisiere-sursa multiple. Sa consideram in acest scop compilarea programului prezentat ca exemplu in lucrarea 2, format din fisierele sursa stack.cc si  main.cc. Pentru a ajunga la programul executabil, trebuie mai intai compilate cele fisiere:
g++  stack.cc -c stack.o;  g++ main.cc -c ;
Observati din exemplul de mai sus precizarea numelui fisierului obiect nu este obligatorie, implicit aplicandu-se regula mentionata mai sus. Odata compilate, cele doua fisiere-obiect trebuie astfel:
 
g++  stack.o main.o -o stack;
 
• Compilarea unui program bazat pe biblioteci externe. Sa presupunem ca extinzand programul de mai sus folosim pentru afisarea stivei functii ale bibliotecii ncurses. Considerand ca avem deja compilate cele doua fisiere sursa ca mai sus, linkeditarea se va face astfel:
 g++  stack.o main.o -I/usr/lib/libncurses.a  -o stack;
 

Dezvoltarea unor programe de dimensiuni mai mari intr-un limbaj de programare presupune o metodologie de lucru diferita de cazul programelor mici. La programele simple este suficienta crearea unui fisier care contine codul si apoi, printr-o singura comanda la nivelul procesorului de comenzi sau in cadrul unui mediu integrat, se obtine fisierul executabil.

La programele mai mari lucrurile nu sunt atat de simple: daca am avea un singur fisier programul ar fi foarte greu de inteles si in plus trecerea la programul executabil ar necesita un timp mare, intrucat modificarea celui mai mic detaliu ar impune recompilare intregului cod. nefolosindu-se facilitatea de compilare separata. In plus, proiectele mari sunt intotdeauna rezultatul muncii unei intregi echipe, ceea ce face imperios necesara impartirea intr-un numar mare de fisiere (numite module) codul-sursa si de a compila independent aceste fisiere. Aceasta facilitate se numeste compilare separata.

Desi distincte si compilabile separat, diferitele module apartin aceluiasi proiect si in mod normal nu sunt total independente intre ele. Numim aceste relatii intre diferitele module, dependente. Procesul de modularizare are  ca scop tocmai detectarea si minimizarea acestor dependente intre module. Aceste dependente au un impact evident asupra procesului de compilarea si anume: atunci cand a fost modificat un modul, recompilarea sa implica si recompilarea tuturor modulelor care depind de el.
 

Utilitarul make.Fisierele Makefile

Utilitarul  make determina automat care sunt bucatile unui proiect care trebuie recompilate ca urmare a operarii unor modificari si declanseaza comenzile necesare pentru recompilarea lor.

Pentru a putea utiliza make, trebuie sa scrieti un fisier numit Makefile (sau makefile) care descrie relatiile de de dependenta intre diferitele fisiere din care se compune programul, si specifica regulile de actualizare pentru fiecare fisier in parte. In mod normal, intr-un program fisierul executabil este actualizat (recompilat) pe baza fisierelor-obiect, care la randul lor sunt obtinute prin compilarea fisierelor sursa.

Odata creat acest fisier Makefile, de fiecare data cand operati vreo modificare in fisierele sursa, este suficient sa tastati in linia de comanda:
make pentru ca toate recompilarile necesare sa fie efectuate.  Programul make utilizeaza fisierul Makefile ca baza de date si pe baza timpilor ultimei modificari a fisierelor din Makefile decide care sunt fisierele care trebuie actualizate. Pentru fiecare din aceste fisiere, declanseaza comenzile precizate in Makefile.
 

Un Exemplu de Makefile

Vom prezenta in continuare ca un exemplu de Makefile scris pentru compilarea programului prezentat ca exemplu in lucrarea 2,:
 

Structura unui Makefile

Un Makefile se poate compune din urmatoarele elemente:

• Reguli . O regula defineste cand si cum trebuie refacute unul sau mai multe fisiere denumite obiectivele regulii. O regula enumera fisierele de care depind obiectivele regulii, numite dependente si defineste comenzile ce trebuie executate pentru crearea sau actualizarea obiectivelor.
• Declaratii de Variabile. Sunt linii care atribuie unui nume (variabila) un sir de caractere, nume ce va putea fi folosit in continuare pentru a subsitui respectivul text.
• Directivele sunt comenzi pentru programul make prin care i se comunica acestui sa face ceva special in timp ce citeste fisierul Makefile, de exemplu sa includa un alt Makefile sau sa decida bazat pe valoarea unei variabile daca sa igonore sau nu o anumita parte a fisierului Makefile. Nu tratam acest aspect aici.
• Comentarii. O linie care incepe cu caracterul diez (`#')  este o linie de comentariu, continutul ei fiind ignorat.

Structure unei Reguli
Un Makefile simpul se compune din reguli de urmatoarea forma:
 

OBIECTIV . . .  : DEPENDENTA . . .
    COMANDA
     . . .
     . . .
 

De obicei o comanda apare intr-o regula cu dependente si serveste la crearea unui fisier-obiectiv daca vreunul din fisierele dependenta sunt modificate. Cu toate acestea, regula care specifica comenzi pentru un obiectiv nu trebuie sa aiba neaparat dependente, cum este cazul regula clean in care se sterg anumite fisiere nu are nici o dependenta, comezile executandu-se intotdeauna cand acesta regula este invocata.

Obiective Phony
Spre deosebire de celelate obiective, un  obiectiv phony nu reprezinta numele unui fisier. Este mai degraba un nume pentru un set de comenzi care trebuie executate cand regula este apelata explicit. Exista doua motive pentru care declaram un obiectiv ca fiind phony:

• evitarea unui conflict cu un fisier cu acelasi nume.
• cresterea performantei (evitandu-se cautarea regulilor implicite)

 
Executia unui Makefile

Intrucat un Makefile contine mai multe reguli, intrebarea care se ridica este: care dintre reguli se va executa la apelul lui make fara nici un parametru? In acest caz se va executa intotdeauna prima regula intalnita in Makefile. Din acet motiv la compilarea unui proiect se obisnuieste declararea prima data a regulii prin care se obtine executabilul. Daca se doreste executarea unei anumite reguli se apeleaza make sub forma:  make numele_regulii ;

 
Bibliografie
Probabil cea mai cuprinzatoare si bine structurata documentatie on-line pentru utilizarea Makefile-urilor este cea disponibila prin comanda info in aproape toate sisteme UNIX. Aceasta se poate apela fie sub forma: info -f /usr/info/make , dar se recomanda utilizarea utilitarului info din Emacs (ESC-x info) .