gcc/g++等编译器 编译原理： 预处理，编译，汇编，链接各步骤详解

摘自http://blog.csdn.net/elfprincexu/article/details/45043971

gcc/g++等编译器 编译原理： 预处理，编译，汇编，链接各步骤详解

C和C++编译器是集成的，编译一般分为四个步骤：

1. 预处理(preprocessing)  ----------------- cpp/ gcc -E 
2. 编译(compilation) ------------------ cc1 / gcc -S
3. 汇编(assembly)  -------------------- as
4. 连接(linking) --------------------- ld 

gcc

　　认为预处理的文件是(.i)是C文件，并且设定C形式的连接；

g++

　　认为预处理的文件是(.i)是C++文件，并且设定C++形式的连接；

源文件后缀名的一些含义和后续的操作：

• .c　　　　　　 C源程序　　　　　　　　预处理，编译，汇编
• .C　　　　　　C++源程序　　  　　　　预处理，编译，汇编
• .cc　　　　　  C++源程序　　
• .cxx 　　　　  C++源程序　　　　  　　预处理，编译，汇编
• .m 　　　　　 Objective-C源程序　　　预处理，编译，汇编
• .i 　　　　　　预处理后的C文件　　 　　编译，汇编
• .ii　　　　　　预处理后的C++文件　　　编译，汇编
• .s　　　　　　汇编语言源程序　　　　　汇编
• .S　　　　　　汇编语言源程序　　　　　预处理，汇编
• .h　　　　　　预处理器文件　　　　　　通常不出现在命令行上　　

其他后缀名的文件被传递给连接器(linker).通常包括:

　　.o 目标文件(Object file)

　　.a 归档库文件(Archive file)

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二、具体介绍一下GCC编译步骤

首先，有以下hello.c源代码

[cpp] view plain copy

 

 print?

1. #include<stdio.h>  
2.   
3. int main()  
4. {  
5.       printf("Hello! This is our embedded world!\n");  
6.   
7.       return 0;  
8. }  

（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。预处理阶段主要处理#include和#define，它把#include包含进来的.h 文件插入到#include所在的位置，把源程序中使用到的用#define定义的宏用实际的字符串代替，我们可以用-E选项要求gcc只进行预处理而不进行后面的三个阶段，

 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，命为：编译文件.out
 

[root@localhost Gcc]# Gcc –E hello.c –o hello.i

在此处，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：

[cpp] view plain copy

 

 print?

1. typedef int (*__gconv_trans_fct) (struct __gconv_step *,  
2.   
3.          struct __gconv_step_data *, void *,  
4.   
5.          __const unsigned char *,  
6.   
7.          __const unsigned char **,  
8.   
9.          __const unsigned char *, unsigned char **,  
10.   
11.          size_t *);  
12.   
13. …  
14.   
15. # 2 "hello.c" 2  
16.   
17. int main()  
18.   
19. {  
20.   
21.  printf("Hello! This is our embedded world!\n");  
22.   
23.  return 0;  
24.   
25. }   

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。

[root@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。

[cpp] view plain copy

 

 print?

1.  .file   "hello.c"  
2.   
3.      .section    .rodata  
4.   
5.      .align 4  
6.   
7. .LC0:  
8.   
9.      .string     "Hello! This is our embedded world!"  
10.   
11.      .text  
12.   
13. .globl main  
14.   
15.      .type main, @function  
16.   
17. main:  
18.   
19.      pushl %ebp  
20.   
21.      movl %esp, %ebp  
22.   
23.      subl $8, %esp  
24.   
25.      andl $-16, %esp  
26.   
27.      movl $0, %eax  
28.   
29.      addl $15, %eax  
30.   
31.      addl $15, %eax  
32.   
33.      shrl $4, %eax  
34.   
35.      sall $4, %eax  
36.   
37.      subl %eax, %esp  
38.   
39.      subl $12, %esp  
40.   
41.      pushl $.LC0  
42.   
43.      call puts  
44.   
45.      addl $16, %esp  
46.   
47.      movl $0, %eax  
48.   
49.      leave  
50.   
51.      ret  
52.   
53.      .size   main, .-main  
54.   
55.      .ident  "GCC: (GNU) 4.0.0 20050519 (Red Hat 4.0.0-8)"  
56.   
57.      .section    .note.GNU-stack,"",@progbits  
58.   
59.    

（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： 

[root@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。

读者可以重新查看这个小程序，在这个程序中并没有定义”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。

[cpp] view plain copy

 

 print?

1. 说下生成静态库的方法：  
2.     ar cr libxxx.a file1.o file2.o  
3. 就是把file1.o和file2.o打包生成libxxx.a静态库  
4. 使用的时候  
5.     gcc test.c -L/path -lxxx -o test  
6.   
7. 动态库的话：  
8.     gcc -fPIC -shared file1.c -o libxxx.so  
9. 也可以分成两部来写：  
10.     gcc -fPIC file1.c -c //这一步生成file1.o  
11.     gcc -shared file1.o -o libtest.so  

静态库链接时搜索路径顺序：

• 1. ld会去找GCC命令中的参数-L
• 2. 再找gcc的环境变量LIBRARY_PATH
• 3. 再找内定目录 /lib /usr/lib /usr/local/lib 这是当初compile gcc时写在程序内的

动态链接时、执行时搜索路径顺序:

• 1. 编译目标代码时指定的动态库搜索路径
• 2. 环境变量LD_LIBRARY_PATH指定的动态库搜索路径
• 3. 配置文件/etc/ld.so.conf中指定的动态库搜索路径
• 4. 默认的动态库搜索路径/lib
• 5. 默认的动态库搜索路径/usr/lib

有关环境变量：

• LIBRARY_PATH环境变量：指定程序静态链接库文件搜索路径
• LD_LIBRARY_PATH环境变量：指定程序动态链接库文件搜索路径

完成了链接之后，Gcc就可以生成可执行文件，如下所示。

[root@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

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