多个.C文件被编译为一个可执行文件的详细过程

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前言

C语言经典的 “hello world ” 程序从编写、编译到运行，看到屏幕上输出，如此简单的一行代码一个文件，估计那么你都知道它是如何运行的。在C的世界里，一个函数，一个变量都只是一砖一瓦，一个由多个C语言文件文件组成的项目又是如何从砖瓦筑到高台的？

一、一个.C文件的编译过程

一个.c文件编译过程如下所示：

1.预编译：宏定义、头文件展开、处理条件编译真假值、去注释，得到一个纯净的C(.i)文件， 命令：gcc -E xxx.c -o xxx.i 得到纯净.i文件
2.编译：分析语法语义，优化后生成相应的汇编代码文件，也是编译种最复杂最核心的步骤， 命令：gcc -S xxx.c -oxxx.s 得到汇编.s文件
3.汇编：汇编器根据汇编指令和机器指令的对照表，将汇编文件翻译为机器可以执行的指令， 命令：gcc -c xxx.s -o xxx.o 得到二进制.o文件
4.链接：依照规定格式将多个相互依赖（函数变量访问）的C语言模块拼接为一个完整可执行文件，命令：gccxxx.o -o xxx.out生成.out文件

二、多个.C文件的链接过程

我们进阶说一下当多个相互依赖的C文件进行编译时，链接的作用，首先有这样一个main.c文件。

#include<stdio.h>

int add(int a,int b);

int main(int argv,int argc[])
{
  int a,b = 1,c = 2;

  a = add(b,c);  
  printf("hello world \n");
  printf("a = %d\n",a);
 
  return 0;
}

关于调用的函数int add(int a,int b);我们定义到fun.c中

#include<stdio.h>

int add(int a,int b)
{
  return a+b;
}

现在出现两个C源文件，在实际开发中也是按照功能不同，需要将代码模块存放到不同文件中，需要注意的是编译过程却都是以单个源文件进行的，那么我们怎么编译得到想要的可执行文件呢？可以看下张图：

以上就是整个多文件编译过程

1.文件信息

分开编译形成形成两个main.o和fun.o两个可执行文件，此时已经分别完成了二进制代码的封装，我们可以看下其文件信息

使用命令：readelf -h mian.o，可以看到文件类型、属性和支持的操作系统等

使用命令：readelf -S mian.o，可以看到文件中使用的代码区域、区块、堆栈等

使用命令：objdump -s -d mian.o，可以看到$<main>$中左边是机器代码，右边是对应的汇编代码，可以看到右边两个callq分别代表printf和add函数的地址，但是此时因为还没有进行链接，所以左边对应的地址都 00 00 00 00 .

使用命令：objdump -r mian.o，可以找到代码块地址重定位表看到右侧出现了add和printf，以及puts其分别位于偏移量28、35和49的位置，地址类型和长度都为R_X86_64_PC32.

2.链接过程

我们将fun.c文件也编译为.o文件，通过命令gcc main.o fun.o -o main.out将两个.o文件编译为可执行文件，随后就可以直接运行：./main.out
链接就是将编译后的所有目标文件、静态库、动态库组合为一个可执行文件。

3.makefile

实际工程中有许多文件，我们不可能一个一个来进行编译，这就不得不说一个强大的编译工具了：Makefile，
将就上述例子，我们编写一个如下makefile：

all: main

main:	main.o func.o
	gcc main.o func.o -o main

main.o:	main.c
	gcc -c main.c

func.o: func.c
	gcc -c func.c

clean:
	rm -f main main.o func.o

从上至下来看，
all：main 表示所需要的目标可执行文件，
main: main.o func.o 表示需要得到目标文件main，我们需要main.o 和func.o文件，并执行命令gcc main.o func.o -o main
main.o: main.c 表示需要main.o文件，我们需要main.c文件，并执行命令 gcc -c main.c
fun.o: fun.c 表示需要fun.o文件，我们需要fun.c文件，并执行命令 gcc -c fun.c
clean:rm -f main main.o func.o表示输入clean指令，将删除main、main.o和 func.o文件

总结：makefile就是在定义一个依赖树，构建目标文件，我们需要一层一层递归寻找所有叶子文件，如果有一个文件被修改，也只会影响这一个文件的目标文件（.o文件）和其相关的被依赖文件，其他没修改过的文件不会去重新编译，非常高效，

注意：当拷贝了一个新的项目进行第一次编译时，最好先执行clean命令再重新构建，防止环境变量不匹配导致出现问题（教训）

总结

1.C语言有着严格的编码和编译过程，链接过程在编译中的位置非常重要，这种方式也演变出另外一种模式：动态库
2.makefile非常重要！非常重要! 非常重要!