GCC编译器 gcc编译过程 ‘ ‘ ‘ ‘ --- 记一次查缺补漏 ‘ ‘

news2024/11/17 12:46:12

文章目录

前言
GCC介绍
GCC编译过程
- 预处理
- 编译
- 汇编
- 链接
- - 关于链接：

前言

学习的过程遇到了.s后缀的文件，原来是gcc的编译过程，复习一下。
又牵扯到了各种C编译器，诸如MSVC、MinGW、Clang+LLVM等，挖个坑先。
还有关于动态链接和静态链接的知识，等等补。

GCC介绍

GCC编译器套装（GNU Compiler Collectin，缩写为GCC）是GNU计划制作的一种优化的编译器，支持各种编程语言、操作系统、计算机系统结构。
该编译器是以GPL及LGPL许可证所发行的自由软件，也是GUN计划的关键部分，还是GNU工具链的主要组成部分之一。原名为GNU C语言编译器（GNU C Compiler）因为它原本只能处理C语言。如今GCC编译器已经被移植到比其他编译器更多的平台和指令架构上，并被广泛部署在开发自由和专有软件的工具中。
GCC还可以用于许多嵌入式系统，包括ARM和Power ISA的芯片。 GCC不仅是GNU操作系统得官方编译器，还是许多UNIX系统和Linux发行版的标准编译器。

GCC的设计：
GCC的外部接口遵循UNIX使用惯例。用户输入特定语言的驱动程序码（C语言为gcc，C++为g++，如此不一而足）该程序解释命令语句，调用实际编译器，在输出界面上运行汇编器，然后选择性地运行链接器，然后产生一个完整的可执行二进制文件。

GCC的扩展编译流程概览，包括专门的程序如预处理器、汇编器和链接器。
在这里插入图片描述

GCC编译过程

如下图所示，从hello.c到hello（或a.out)文件,必须经历hello.i,hello.s,hello.out,最后才得到hello（或a.out）文件，分别对应着预处理、编译、汇编和链接4个步骤。
在这里插入图片描述
大致工作过程：
1.预处理(Preprocessing)
2.编译(Compilation),
3.汇编(Assemble),
4.链接(Linking)。

准备工作，先写一个C源代码：

#include <stdio.h>

int main() {
    printf("Hello, World!\n");
    return 0;    // 这是一行注释
}

保存为hello.c

预处理

GCC编译的第一阶段是预处理（Preprocessing），在这个阶段，预处理器会对C/C++源代码进行一些操作，部分操作如下：

移除注释
预处理器会删除源代码中的注释，包括单行注释（//）和多行注释（/* … */）.
处理预处理指令
预处理器会处理源代码中的预处理指令，这些指令以（#）开头，例如 #include、#define、#ifdef、#ifndef 等。其中，#include 指令用于包含头文件，#define 用于宏定义，#ifdef 和 #ifndef 用于条件编译等。
宏展开
预处理器会展开源代码中的宏，将宏调用替换成宏定义的内容。
生成预处理后的代码文件
预处理器的最终输出是一个去除了注释，展开了宏等操作的中间代码文件，通常以" .i "扩展名保存。这个文件可以用于接下来的编译步骤。

操作指令：

gcc -E hello.c -o hello.i

-E是预处理指令，-o是生成的文件名称

实际操作如下图：

在这里插入图片描述

将会得到一个hello.i文件，这是hello.c经过预处理后的文件，用vim打开hello.i观察

在这里插入图片描述

hello.c文件原来只有6行，经过预处理后增加到了七百多行，多了许多额外的变量、函数等内容，用G跳转到最下面可以发现，源代码部分注释已经被删除。

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编译

GCC 编译过程的第二阶段是编译（Compilation）。在这个阶段，编译器将经过预处理的源代码转换成汇编语言代码。
在这个阶段，GCC会对经过预处理的源代码进行一些词法语法的分析，生成中间表示（介于源代码和目标代码之间的表达形式），并对源代码进行一定程度的优化，最后GCC将刚刚生成的中间表示转化成目标平台的汇编语言代码。也就是 .s 文件

在gcc编译参数上加-S 可以将hello.i编译成hello.s文件，
指令如下：

gcc -S hello.i

实际操作如下图：

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hello.s是一个汇编文件，可以用Vim打开查看，如下图

在这里插入图片描述

汇编

GCC 编译过程的下一个阶段是汇编（Assembly），在这个阶段，编译器将中间表示（通常是汇编语言）转化为目标平台的机器码。

得到.s汇编文件后，就可以用gcc得到机器码了，命令如下：

gcc -c hello.s

实际操作如下：
在这里插入图片描述
生成了一个hello.o文件，这一步产生的文件叫做目标文件，是二进制格式。

链接

在 GCC 编译过程的链接（Linking）阶段，多个目标文件（通常是编译多个源文件生成的）以及库文件将被合并到一个可执行文件中。链接的主要任务是解析符号引用，将各个目标文件中的代码和数据段组合在一起，解决外部依赖关系，生成最终的可执行文件。

命令如下：

gcc hello.o

这样会默认输出a.out文件，也可以用-o指定新的文件名，例如加上 -o hello，这样就会生成hello文件。
如下图：
在这里插入图片描述
执行一下：

关于链接：

链接分为动态链接和静态链接

动态链接使用动态链接库进行链接，生成的程序在执行时需要加载所需的动态库才能运行，动态链接生成的程序小巧，但是必须依赖动态库，否则无法执行。
linux下的动态链接库实际是共享目标文件（shared object），一般是.so文件，作用类似于windows下的.dll文件。
静态链接使用静态库进行链接，生成的程序包含程序运行所需要的全部库，可以直接运行，不过体积较大。
linux下的静态库是汇编产生的.o文件的集合，一般以.a的文件形式出现，gcc默认是动态链接，加上-static参数则采用静态链接，

文献参考