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gcc编译过程

timer_xi
 timer_xi
发布于 2014/08/18 17:09
字数 1427
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gcc的编译流程分为四个步骤,分别为:
・ 预处理(Pre-Processing)
・ 编译(Compiling)
・ 汇编(Assembling)
・ 链接(Linking)
以hello.c为例子,在这四个步骤中可以设置选项分别生成hello.i, hello.s, hello.o以及最终的hello文件:
hello.c : 最初的源代码文件;
hello.i : 经过编译预处理的源代码;
hello.s : 汇编处理后的汇编代码;
hello.o : 编译后的目标文件,即含有最终编译出的机器码,但它里面所引用的其他文件中函数的内存位置尚未定义。
hello / a.out : 最终的可执行文件
(还有.a(静态库文件), .so(动态库文件), .s(汇编源文件)留待以后讨论)
下面就具体来查看一下gcc是如何完成四个步骤的。
hello.c源代码
#include<stdio.h>
int main()
{
printf("Hello World!\n");
return 0;
}
(1)预处理阶段
在该阶段,编译器将上述代码中的stdio.h编译进来,并且 用户可以使用gcc的选项”-E”进行查看,该选项的作用是让gcc在预处理结束后停止编译过程
《深入理解计算机系统》中是这么说的:
预处理器(cpp)根据以字符#开头的命令(directives),修改原始的C程序。如 hello.c中#include <stdio.h>指令告诉预处理器读系统头文件stdio.h的内容,并把它直接插入到程序文本中去。结果就得到另外一个C程序,通常是 以.i作为文件扩展名的。
注意:
Gcc指令的一般格式为:Gcc [选项] 要编译的文件 [选项] [目标文件]
其中,目标文件可缺省,Gcc默认生成可执行的文件名为:编译文件.out
[gan @localhost gcc]# gcc �E hello.c �o hello.i
选项”-o”是指目标文件”.i”文件为已经过预处理的C原始程序。以下列出了hello.i文件的部分内容:
typedef int (*__gconv_trans_fct) (struct __gconv_step *,
struct __gconv_step_data *, void *,
__const unsigned char *,
__const unsigned char **,
__const unsigned char *, unsigned char **,
size_t *);
# 2 "hello.c" 2
int main()
{
printf("Hello World!\n");
return 0;
}
由此可见,gcc确实进行了预处理,它把”stdio.h”的内容插入到hello.i文件中。
(2)编译阶段
接下来进行的是编译阶段,在这个阶段中,Gcc首先要检查代码的规范性、是否有语法错误等,以确定代码的实际要做的工作,在检查无误后,Gcc把代 码翻译成汇编语言。用户可以使用”-S”选项来进行查看,该选项只进行编译而不进行汇编,生成汇编代码。汇编语言是非常有用的,它为不同高级语言不同编译 器提供了通用的语言。如:C编译器和Fortran编译器产生的输出文件用的都是一样的汇编语言。
[gan @localhost gcc]# gcc �S hello.i �o hello.s
以下列出了hello.s的内容,可见Gcc已经将其转化为汇编了,感兴趣的读者可以分析一下这一行简单的C语言小程序是如何用汇编代码实现的。
.file "hello.c"
.section .rodata
.align 4
.LC0:
.string "Hello World!"
.text
.globl main
.type main, @function
main:
pushl %ebp
movl %esp, %ebp
subl $8, %esp
andl $-16, %esp
movl $0, %eax
addl $15, %eax
addl $15, %eax
shrl $4, %eax
sall $4, %eax
subl %eax, %esp
subl $12, %esp
pushl $.LC0
call puts
addl $16, %esp
movl $0, %eax
leave
ret
.size main, .-main
.ident "GCC: (GNU) 4.0.0 20050519 (Red Hat 4.0.0-8)"
.section .note.GNU-stack,"",@progbits

(3)汇编阶段
汇编阶段是把编译阶段生成的”.s”文件转成目标文件,读者在此可使用选项”-c”就可看到汇编代码已转化为”.o”的二进制目标代码了。如下所示:
[gan @localhost gcc]# gcc �c hello.s �o hello.o
(4)链接阶段
在成功编译之后,就进入了链接阶段。在这里涉及到一个重要的概念:函数库。
在这个源程序中并没有定义”printf”的函数实现,且在预编译中包含进的”stdio.h”中也只有该函数的声明,而没有定义函数的实现,那 么,是在哪里实现”printf”函数的呢?最后的答案是:系统把这些函数实现都被做到名为libc.so.6的库文件中去了,在没有特别指定时,gcc 会到系统默认的搜索路径 ”/usr/lib”下进行查找,也就是链接到libc.so.6库函数中去,这样就能实现函数”printf” 了,而这也就是链接的作用
函数库一般分为静态库和动态库两种。静态库是指编译链接时,把库文件的代码全部加入到可执行文件中,因此生成的文件比较大,但在运行时也就不再需要库文件了。 其后缀名一般为”.a”。动态库与之相反,在编译链接时并没有把库文件的代码加入到可执行文件中,而是在程序执行时由运行时链接文件加载库,这样可以节省系统的开销。动态库一般后缀名为”.so”,如前面所述的libc.so.6就是动态库。gcc在编译时默认使用动态库。
(Linux下动态库文件的扩展名为".so"(Shared Object)。按照约定,所有动态库文件名的形式是libname.so(可能在名字中加入版本号)。这样,线程函数库被称作 libthread.so。静态库的文件名形式是libname.a。 共享archive的文件名形式是libname.sa。共享archive只是一种过渡形式,帮助人们从静态库转变到动态库。)
完成了链接之后,gcc就可以生成可执行文件,如下所示。
[gan@localhost gcc]# gcc hello.o �o hello
运行该可执行文件,出现正确的结果如下。
[root@localhost Gcc]# ./hello
Hello World!

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timer_xi
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