一段C语言程序

打开任何一个C语言的教程，首先自然是展示一段 Hello World 的程序，类似于下面这段：

#include <stdio.h>
 
int main()
{
    /* 我的第一个 C 程序 */
    printf("Hello, World! \n");
 
    return 0;
}

运行上面这段程序也很简单，直接执行 gcc hello.c 即可实现在屏幕上打印出 Hello, World! 的效果，今天就在仔细分析一下这段代码的执行。

基本结构

从汇编语言，也就是底层的视角来分析上面这段C语言程序：

首行的 #include 类似于Java或其他语言中的 import，导入我们程序中用到的函数定义以及其他一些公共声明等信息，供编译器进行识别、解析；
int main() 封装了汇编的指令片段调用过程，包括保存返回地址、开辟栈帧、传递参数、传递返回值等；
{} 大括号定义的指令片段的范围；
printf 封装call指令和参数传递；
return 0; 将返回值放在约定的寄存器eax。

处理过程

预处理

在真正编译C语言程序之前，会先进行一步预处理过程，include <stdio.h> 被称作宏定义，也是在这个阶段进行处理，实际就是将 stdio.h 文件的内容复制展开到当前文件中。可以通过如下命令将预处理后的结果进行导出到demo.i

// 输出仅预处理后的文件
gcc -o demo.i -E demo.c

编译

源文件经过编译器编译，生成汇编程序文件

汇编

汇编器执行生成二进制文件。

链接

经过汇编过程的程序仍然有可能不能执行，因为我们的代码很可能被分散在多个文件中，它们之间又存在调用关系，比如上面的main函数中调用了 printf 函数，printf 实际是C运行时库（CRT）提供的函数，其封装了操作系统的系统调用的基本功能，一些硬件操作、网络IO、基础的集合数据类型、算法帮助我们进行开发，减少开发工作量。

链接器将多个代码片段的文件组合在一起。将被调用代码片段的地址放到调用处实现代码的整合。因此，在仅经过编译、汇编，没有进行链接过程的程序，由于调用的方法还不知道真实的地址，因此生成结果文件中，还是一个待解析的假的地址，这个地址被称作“符号”，将符号替换为真实地址的过程，被称作“符号解析”。依赖的文件加载到其使用的地方时，默认的基于0地址的地址会被修改，赋值到真实的地址上，这个过程叫文件重定位。

因此，链接器的作用是：找到引用的函数、数据的地址，符号解析 + 文件重定位。