What is a Compilation

編譯是將source code轉換為object code的過程，由compiler完成。Compiler會檢查source code的語法或結構錯誤，如果source code沒有錯誤，則生成object code。

C Compilation Process

C compilation process是將source code當作input，轉成object code or machine code。Compilation process 分成四大步驟, i.e., Pre-processing, Compiling, Assembling, and Linking。

Pre-processing - Preprocessor

Source code是在文字編輯器中編寫的code，source code file的附檔名為".c"。Source code將會先經過preprocessor處理，preprocessor會將source code中的comments移除掉、引入included file的內容、處理 conditional compilation、macro置換code snippet等。

Compiling - Compiler

Compiler將source code轉成assembly code，一般來說分成三階段Front End (Analysis)、IR-Intermediate Representation、Back End (Synthesis)。
Front End (Analysis): Lexical Analyzer、Syntax Analyzer、Semantic Analyzer
Back End (Synthesis): Code Optimizer、Code Generator
分成三階段的好處是，這樣可以reuse components，assembly code是在描述和CPU設計有強烈相關的指令，例如:
我們想從x86指令集執行換到 arm指令集上執行，那就只需要更改Back End (Synthesis)，Front End (Analysis)可以reuse。

Assembling - Assembler

Assembler將assembly code轉成object code，產出的object file與source file同名，其附檔名為".o/.obj"，例如: source file為'hello.c'而object file會是'hello.obj'。

Linking - Linker

Linker把多個不可執行的object file組合起來(例如.o)變成可執行的object file (例如 .out/.exe)，並link被引用的函式庫。例如: hello.c用到的printf是c library (libc.a)的一部分而非在hello.c內實作，所以若只編譯了hello.c會發生link error，因為在hello.c編譯完成之後找不到printf這支function，就會發生link error。

Cross Compiler

在嵌入式系統上面運行的程式，因為編譯需要的函式庫很大、需要記憶體很多、需要的CPU資源很高，通常不會直接在嵌入式系統裡面編譯，而是透過cross compiler來編譯。

Compiler涉及的系統有三個，這三個系統如果不是同一個，就稱為是cross compiler，如果都相同則稱為native compiler。

Build system: 編譯compiler本身的系統

Host system: 運行compiler的系統

Target system: compiler編譯結果運行的系統

例如: 在build system先編譯出compiler，compiler在host system當中編譯出target system需要的object/machine code。

Cross compiler範例: 用x86系統(native)編譯出在x86系統(host)運行的針對ARM系統(target)的compiler