C/C++預處理、編譯、連結過程【Z】

在Linux下進行C語言程式設計，必然要採用GNU GCC來編譯C原始碼生成可執行程式。

一、GCC快速入門
Gcc指令的一般格式為：Gcc [選項] 要編譯的檔案 [選項] [目標檔案]
其中，目標檔案可預設，Gcc預設生成可執行的檔名為：編譯檔案.out
我們來看一下經典入門程式"Hello World！"
# vi hello.c
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
void main(void)
{
printf("hello world!\r\n");
}
用gcc編譯成執行程式。
#gcc -o hello hello.c
該命令將hello.c直接生成最終二進位制可執行程式a.out
這條命令隱含執行了（1）預處理、（2）彙編、(3)編譯並(4)連結形成最終的二進位制可執行程式。這裡未指定輸出檔案，預設輸出為a.out。
如何要指定最終二進位制可執行程式名，那麼用-o選項來指定名稱。比如需要生成執行程式hello.exe
那麼
#gcc hello.c -o hello.exe

二、GCC的命令剖析--四步走
從上面我們知道GCC編譯原始碼生成最終可執行的二進位制程式，GCC後臺隱含執行了四個階段步驟。
GCC編譯C原始碼有四個步驟：預處理-----> 編譯 ----> 彙編 ----> 連結
現在我們就用GCC的命令選項來逐個剖析GCC過程。
1）預處理(Pre-processing)
在該階段，編譯器將C原始碼中的包含的標頭檔案如stdio.h編譯進來，使用者可以使用gcc的選項”-E”進行檢視。
用法:#gcc -E hello.c -o hello.i
作用：將hello.c預處理輸出hello.i檔案。
[root]# gcc -E hello.c -o hello.i
[root]# ls
hello.c hello.i
[root]# vi hello.i
# 1 "hello.c"
# 1 "<built-in>"
# 1 "<command line>"
# 1 "hello.c"
# 1 "/usr/include/stdlib.h" 1 3
# 25 "/usr/include/stdlib.h" 3
# 1 "/usr/include/features.h" 1 3
# 291 "/usr/include/features.h" 3
# 1 "/usr/include/sys/cdefs.h" 1 3
# 292 "/usr/include/features.h" 2 3
# 314 "/usr/include/features.h" 3
# 1 "/usr/include/gnu/stubs.h" 1 3
# 315 "/usr/include/features.h" 2 3
# 26 "/usr/include/stdlib.h" 2 3
# 3 "hello.c" 2
void main(void)
{
printf("hello world!\r\n");
}
2)編譯階段(Compiling)
第二步進行的是編譯階段，在這個階段中，Gcc首先要檢查程式碼的規範性、是否有語法錯誤等，以確定程式碼的實際要做的工作，在檢查無誤後，Gcc把程式碼翻譯成組合語言。使用者可以使用”-S”選項來進行檢視，該選項只進行編譯而不進行彙編，生成彙編程式碼。
選項 -S
用法：[root]# gcc –S hello.i –o hello.s
作用：將預處理輸出檔案hello.i彙編成hello.s檔案。
[root@richard hello-gcc]# ls
hello.c hello.i hello.s
如下為hello.s彙編程式碼
[root@richard hello-gcc]# vi hello.s
.file   "hello.c"
.section    .rodata
.LC0:
.string "hello world!\r\n"
.text
.globl main
.type   main,@function
main:
pushl   %ebp
movl    %esp, %ebp
subl    $8, %esp
andl    $-16, %esp
movl    $0, %eax
subl    %eax, %esp
subl    $12, %esp
pushl   $.LC0
call    printf
addl    $16, %esp
movl    $0, %eax
leave
ret
.Lfe1:
.size   main,.Lfe1-main
.ident "GCC: (GNU) 3.2.2 20030222 (Red Hat Linux 3.2.2-5)"
3)彙編階段(Assembling)
彙編階段是把編譯階段生成的”.s”檔案轉成二進位制目的碼.
選項 -c
用法：[root]# gcc –c hello.s –o hello.o
作用：將彙編輸出檔案test.s編譯輸出test.o檔案。
[root]# gcc -c hello.s -o hello.o
[root]# ls
hello.c hello.i hello.o hello.s
4）連結階段(Link)
在成功編譯之後，就進入了連結階段。
無選項鍊接
用法：[root]# gcc hello.o –o hello.exe
作用：將編譯輸出檔案hello.o連結成最終可執行檔案hello.exe。
[root]# ls
hello.c hello.exe hello.i hello.o hello.s
執行該可執行檔案，出現正確的結果如下。
[root@localhost Gcc]# ./hello
Hello World!

在這裡涉及到一個重要的概念：函式庫。
讀者可以重新檢視這個小程式，在這個程式中並沒有定義”printf”的函式實現，且在預編譯中包含進的”stdio.h”中也只有該函式的宣告，而沒有 定義函式的實現，那麼，是在哪裡實現”printf”函式的呢？最後的答案是：系統把這些函式實現都被做到名為libc.so.6的庫檔案中去了，在沒有 特別指定時，gcc會到系統預設的搜尋路徑”/usr/lib”下進行查詢，也就是連結到libc.so.6庫函式中去，這樣就能實現函 數”printf” 了，而這也就是連結的作用。
你可以用ldd命令檢視動態庫載入情況：
[root]# ldd hello.exe
libc.so.6 => /lib/tls/libc.so.6 (0x42000000)
/lib/ld-linux.so.2 => /lib/ld-linux.so.2 (0x40000000)
函式庫一般分為靜態庫和動態庫兩種。靜態庫是指編譯連結時，把庫檔案的程式碼全部加入到可執行檔案中，因此生成的檔案比較大，但在執行時也就不再需要庫檔案 了。其字尾名一般為”.a”。動態庫與之相反，在編譯連結時並沒有把庫檔案的程式碼加入到可執行檔案中，而是在程式執行時由執行時連結檔案載入庫，這樣可以 節省系統的開銷。動態庫一般字尾名為”.so”，如前面所述的libc.so.6就是動態庫。gcc在編譯時預設使用動態庫。