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gcc的編譯流程分為四個步驟,分別為:
・ 預處理(Pre-Processing)
・ 編譯(Compiling)
・ 匯編(Assembling)
・ 鏈接(Linking)
下面就具體來查看一下gcc是如何完成四個步驟的。
hello.c源代碼
#include<stdio.h>
int main()
{
printf("Hello World!\n");
return 0;
}
(1)預處理階段
在該階段,編譯器將上述代碼中的stdio.h編譯進來,並且用戶可以使用gcc的選項”-E”進行查看,該選項的作用是讓gcc在預處理結束後停止編譯過程。
《深入理解計算機系統》中是這麼說的:
預處理器(cpp)根據以字符#開頭的命令(directives),修改原始的C程序。如hello.c中#include <stdio.h>指令告訴預處理器讀系統頭文件stdio.h的內容,並把它直接插入到程序文本中去。結果就得到另外一個C程序,通常是 以.i作為文件擴展名的。
注意:
Gcc指令的一般格式為:Gcc [選項] 要編譯的文件 [選項] [目標文件]
其中,目標文件可缺省,Gcc默認生成可執行的文件名為:編譯文件.out
[gan@localhost gcc]# gcc –E hello.c –o hello.i
選項”-o”是指目標文件,”.i”文件為已經過預處理的C原始程序。以下列出了hello.i文件的部分內容:
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;
}
由此可見,gcc確實進行了預處理,它把”stdio.h”的內容插入到hello.i文件中。
(2)編譯階段
接下來進行的是編譯階段,在這個階段中,Gcc首先要檢查代碼的規范性、是否有語法錯誤等,以確定代碼的實際要做的工作,在檢查無誤後,Gcc把代碼翻譯 成匯編語言。用戶可以使用”-S”選項來進行查看,該選項只進行編譯而不進行匯編,生成匯編代碼。匯編語言是非常有用的,它為不同高級語言不同編譯器提供 了通用的語言。如:C編譯器和Fortran編譯器產生的輸出文件用的都是一樣的匯編語言。
[gan@localhost gcc]# gcc –S hello.i –o hello.s
以下列出了hello.s的內容,可見Gcc已經將其轉化為匯編了,感興趣的讀者可以分析一下這一行簡單的C語言小程序是如何用匯編代碼實現的。
.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)匯編階段
匯編階段是把編譯階段生成的”.s”文件轉成目標文件,讀者在此可使用選項”-c”就可看到匯編代碼已轉化為”.o”的二進制目標代碼了。如下所示:
[gan@localhost gcc]# gcc –c hello.s –o hello.o
(4)鏈接階段
在成功編譯之後,就進入了鏈接階段。在這裡涉及到一個重要的概念:函數庫。
讀者可以重新查看這個小程序,在這個程序中並沒有定義”printf”的函數實現,且在預編譯中包含進的”stdio.h”中也只有該函數的聲明,而沒有 定義函數的實現,那麼,是在哪裡實現”printf”函數的呢?最後的答案是:系統把這些函數實現都被做到名為libc.so.6的庫文件中去了,在沒有 特別指定時,gcc會到系統默認的搜索路徑”/usr/lib”下進行查找,也就是鏈接到libc.so.6庫函數中去,這樣就能實現函 數”printf”了,而這也就是鏈接的作用。
函數庫一般分為靜態庫和動態庫兩種。靜態庫是指編譯鏈接時,把庫文件的代碼全部加入到可執行文件中,因此生成的文件比較大,但在運行時也就不再需要庫文件 了。其後綴名一般為”.a”。動態庫與之相反,在編譯鏈接時並沒有把庫文件的代碼加入到可執行文件中,而是在程序執行時由運行時鏈接文件加載庫,這樣可以 節省系統的開銷。動態庫一般後綴名為”.so”,如前面所述的libc.so.6就是動態庫。gcc在編譯時默認使用動態庫。
完成了鏈接之後,gcc就可以生成可執行文件,如下所示。
[gan@localhost gcc]# gcc hello.o –o hello
運行該可執行文件,出現正確的結果如下。
[root@localhost Gcc]# ./hello
Hello World!