一. C程序编译过程
编译过程简介 : C语言的源文件 编译成 可执行文件需要四个步骤, 预处理 (Preprocessing) 扩展宏, 编译 (compilation) 得到汇编语言, 汇编 (assembly) 得到机器码, 连接 (linking) 得到可执行文件;
-- 查看每个步骤的编译细节 : "-E" 对应 预处理, "-S" 对应 编译, "-c" 对应 汇编, "-O" 对应 连接;
-- 每个步骤对应的工具 : 预处理器 (CPP - The C Preprogressor), 编译器 (cc1), 汇编器 (as), 连接器 (ld);
-- 查看总体编译细节 : 使用 "-v" 参数, 可以查看总体编译细节;
octopus@octopus:~/test$ gcc -v main.c 使用内建 specs。 COLLECT_GCC=gcc COLLECT_LTO_WRAPPER=/usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.6/lto-wrapper 目标：i686-linux-gnu 配置为：../src/configure -v --with-pkgversion='Ubuntu/Linaro 4.6.3-1ubuntu5' --with-bugurl=file:///usr/share/doc/gcc-4.6/README.Bugs --enable-languages=c,c++,fortran,objc,obj-c++ --prefix=/usr --program-suffix=-4.6 --enable-shared --enable-linker-build-id --with-system-zlib --libexecdir=/usr/lib --without-included-gettext --enable-threads=posix --with-gxx-include-dir=/usr/include/c++/4.6 --libdir=/usr/lib --enable-nls --with-sysroot=/ --enable-clocale=gnu --enable-libstdcxx-debug --enable-libstdcxx-time=yes --enable-gnu-unique-object --enable-plugin --enable-objc-gc --enable-targets=all --disable-werror --with-arch-32=i686 --with-tune=generic --enable-checking=release --build=i686-linux-gnu --host=i686-linux-gnu --target=i686-linux-gnu 线程模型：posix gcc 版本 4.6.3 (Ubuntu/Linaro 4.6.3-1ubuntu5) COLLECT_GCC_OPTIONS='-v' '-mtune=generic' '-march=i686' /usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.6/cc1 -quiet -v -imultilib . -imultiarch i386-linux-gnu main.c -quiet -dumpbase main.c -mtune=generic -march=i686 -auxbase main -version -fstack-protector -o /tmp/ccUWUvbm.s GNU C (Ubuntu/Linaro 4.6.3-1ubuntu5) 版本 4.6.3 (i686-linux-gnu) 由 GNU C 版本 4.6.3 编译， GMP 版本 5.0.2，MPFR 版本 3.1.0-p3，MPC 版本 0.9 GGC 准则：--param ggc-min-expand=100 --param ggc-min-heapsize=131072 忽略不存在的目录“/usr/local/include/i386-linux-gnu” 忽略不存在的目录“/usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.6/../../../../i686-linux-gnu/include” #include "..." 搜索从这里开始： #include <...> 搜索从这里开始： /usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.6/include /usr/local/include /usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.6/include-fixed /usr/include/i386-linux-gnu /usr/include 搜索列表结束。 GNU C (Ubuntu/Linaro 4.6.3-1ubuntu5) 版本 4.6.3 (i686-linux-gnu) 由 GNU C 版本 4.6.3 编译， GMP 版本 5.0.2，MPFR 版本 3.1.0-p3，MPC 版本 0.9 GGC 准则：--param ggc-min-expand=100 --param ggc-min-heapsize=131072 Compiler executable checksum: 09c248eab598b9e2acb117da4cdbd785 COLLECT_GCC_OPTIONS='-v' '-mtune=generic' '-march=i686' as --32 -o /tmp/cciJfMAd.o /tmp/ccUWUvbm.s COMPILER_PATH=/usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.6/:/usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.6/:/usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/:/usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.6/:/usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/ LIBRARY_PATH=/usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.6/:/usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.6/../../../i386-linux-gnu/:/usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.6/../../../../lib/:/lib/i386-linux-gnu/:/lib/../lib/:/usr/lib/i386-linux-gnu/:/usr/lib/../lib/:/usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.6/../../../:/lib/:/usr/lib/ COLLECT_GCC_OPTIONS='-v' '-mtune=generic' '-march=i686' /usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.6/collect2 --sysroot=/ --build-id --no-add-needed --as-needed --eh-frame-hdr -m elf_i386 --hash-style=gnu -dynamic-linker /lib/ld-linux.so.2 -z relro /usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.6/../../../i386-linux-gnu/crt1.o /usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.6/../../../i386-linux-gnu/crti.o /usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.6/crtbegin.o -L/usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.6 -L/usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.6/../../../i386-linux-gnu -L/usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.6/../../../../lib -L/lib/i386-linux-gnu -L/lib/../lib -L/usr/lib/i386-linux-gnu -L/usr/lib/../lib -L/usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.6/../../.. /tmp/cciJfMAd.o -lgcc --as-needed -lgcc_s --no-as-needed -lc -lgcc --as-needed -lgcc_s --no-as-needed /usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.6/crtend.o /usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.6/../../../i386-linux-gnu/crtn.o
1. 预处理
预处理命令 : 源程序中 以 "#" 开头的命令是 预处理命令, 如 "#include", "#define", "ifndef" 等;
预处理过程 : 预处理将 include 的文件插入到 源文件中, 展开 define 宏定义, 根据条件 编译代码;
编译下面的源程序 :
/************************************************************************* > File Name: main.c > Author: octopus > Mail: octopus_work.163.com > Created Time: 2014年04月30日 星期三 17时31分08秒 ************************************************************************/ #include<stdio.h> #define NUM 5 int main(int argc, char **argv) { printf("Hello World ! num = %d \n", NUM); return 0; }
预处理结果 : 预处理 源程序 产生的结果会放到 ".i" 后缀的文件中, 默认情况下 ".i" 后缀文件是不写到磁盘中的, 如果加上 "-save-temps" 参数, 就会将所有的中间文件都保存到磁盘中;
-- 分析下面的例子 : 使用 gcc -save-temps main.c 命令编译源程序, 所有的中间文件都会保留, main.i 是预处理结果, main.s 是编译结果, main.o 是汇编结果, a.out 是连接生成的可执行文件;
octopus@octopus:~/test$ ls main.c octopus@octopus:~/test$ gcc -save-temps main.c octopus@octopus:~/test$ ls a.out main.c main.i main.o main.s octopus@octopus:~/test$ ./a.out Hello World ! num = 5
查看预处理细节 : 使用 gcc -E mian.c 命令, 会输出编译细节, 打印出上千行, 这里只贴出部分;
octopus@octopus:~/test$ gcc -E main.c # 1 "main.c" # 1 "<built-in>" # 1 "<命令行>" # 1 "main.c"
... # 1 "/usr/include/stdio.h" 1 3 4 # 28 "/usr/include/stdio.h" 3 4 # 1 "/usr/include/features.h" 1 3 4 # 324 "/usr/include/features.h" 3 4 ... # 9 "main.c" 2 int main(int argc, char **argv) { printf("Hello World ! \n"); return 0; }
在 gcc 命令行中进行宏定义 : 使用 gcc -DNUM=5 main.c 命令, 在程序中就可以使用 NUM 宏定义了, "-DNUM" 相当于在程序中定义了 "#define NUM 5";
-- main.c 内容 :
/************************************************************************* > File Name: main.c > Author: octopus > Mail: octopus_work.163.com > Created Time: 2014年04月30日 星期三 17时31分08秒 ************************************************************************/ #include<stdio.h> int main(int argc, char **argv) { printf("Hello World ! num = %d \n", NUM); return 0; } -- 编译过程 : octopus@octopus:~/test$ gcc -DNUM=5 main.c octopus@octopus:~/test$ ./a.out Hello World ! num = 5
2. 编译
编译流程 : 编译器在编译阶段依次执行 词法分析, 语法分析, 代码优化, 存储分配, 代码生成 五个步骤;
-- 多次扫描方案 : 编译器每次扫描代码只完成一项工作, 如 第一次扫描 只进行词法分析, 第二次扫描进行 语法分析, 扫描多次完成上面的五个步骤;
生成中间的汇编中间文件 : 使用 gcc -S main.c 编译上面的 main.c 源程序, 可以得到 mian.s 汇编语言文件, 这是产生的中间汇编程序;
-- 编译过程 及 结果 :
octopus@octopus:~/test$ gcc -S main.c octopus@octopus:~/test$ cat main.s .file "main.c" .section .rodata .LC0: .string "Hello World ! num = %d \n" .text .globl main .type main, @function main: .LFB0: .cfi_startproc pushl %ebp .cfi_def_cfa_offset 8 .cfi_offset 5, -8 movl %esp, %ebp .cfi_def_cfa_register 5 andl $-16, %esp subl $16, %esp movl $.LC0, %eax movl $5, 4(%esp) movl %eax, (%esp) call printf movl $0, %eax leave .cfi_restore 5 .cfi_def_cfa 4, 4 ret .cfi_endproc .LFE0: .size main, .-main .ident "GCC: (Ubuntu/Linaro 4.6.3-1ubuntu5) 4.6.3" .section .note.GNU-stack,"",@progbits octopus@octopus:~/test$
3. 汇编
汇编过程 : 汇编 就是将 汇编语言代码 翻译成 机器码, 也就是 ".o" 后缀的对象文件, 该过程 使用 汇编器 as 实现;
获取中间文件 : "-c" 选项可以保留 汇编过程中的 ".o" 后缀的中间文件, 使用 gcc -c main.c 命令, 可以获得 main.o 对象文件;
octopus@octopus:~/test$ ls main.c octopus@octopus:~/test$ gcc -c main.c octopus@octopus:~/test$ ls main.c main.o
4. 连接
链接过程 : 使用 ld 连接器, 将 汇编 过程中生成的 ".o" 对象文件, 与其它 对象文件 和 库文件连接起来, 生成可执行的二进制文件;
连接示例 : 使用 gcc main.o 将汇编过程生成的对象文件 main.o , 生成可执行文件 a.out ;
octopus@octopus:~/test$ gcc main.o octopus@octopus:~/test$ ./a.out Hello World ! num = 5
