深入了解GCC编译过程

关于Linux的编译过程，其实只需要使用gcc这个功能，gcc并非一个编译器，是一个驱动程序。其编译过程也很熟悉：预处理–编译–汇编–链接。在接触底层开发甚至操作系统开发时，我们都需要了解这么一个知识点，如何从我们的代码到机器码。这段过程经历了什么，我们的函数变量又是在哪里？一个个好奇心驱使着我写下这篇文章。于博客中有提及Linux的安装以及gcc基本环境搭建、gcc编译流程、常用gcc指令集：https://blog.youkuaiyun.com/Alkaid2000/article/details/128036290?spm=1001.2014.3001.5501

0x01 编译过程

可以使用这么一句指令来观察一个.c文件所需要经历的编译过程：gcc -v main.c。

根据gcc的输出可见，对于一个C程序来说，从源代码构建出可执行文件经历了三个阶段：

• 编译

gcc使用编译器ccl.exe进行编译，产生的编译代码保存在目录/temp下的文件ccelFAGc.s中。

• 汇编

gcc使用汇编器as.exe进行汇编，汇编过程产生汇编文件ccZfpupi.o，将上面生成的ccelFAGc.s进行汇编。

• 链接

调用collect2.exe进行链接。实际上这个collect2只是一个辅助程序，最终他将调用链接器ld来完成真正的链接过程。包括框出来的crtend.o、以及启动文件等等，本质上都是ld在进行链接。

事实上，从gcc看到只有这三个过程，但是对于C程序来说，编译过程也分为两个阶段：预编译和编译。所以软件构建过程通常分为四个阶段：预编译、编译、汇编、链接。

可以通过gcc手动控制以上的编译流程，从而留下中间文件以方便研究：

• gcc HelloWorld.c -E -o HelloWorld.i 预处理：加入头文件，替换宏。
• gcc HelloWorld.c -S -c -o HelloWorld.s 编译：包含预处理，将 C 程序转换成汇编程序。
• gcc HelloWorld.c -c -o HelloWorld.o 汇编：包含预处理和编译，将汇编程序转换成可链接的二进制程序。
• gcc HelloWorld.c -o HelloWorld 链接：包含以上所有操作，将可链接的二进制程序和其它别的库链接在一起，形成可执行的程序文件。

那么接下来使用下面这段程序对于编译过程来做个总结：

hello.c:

#include <stdio.h>
#include "foo.h"

extern int foo2;

int main(int argc,char *argv[])
{
   
   
	int result;
	int r = 5;
#ifdef AREA
	result = PI*r*r;
#else
	result = PI*r*2;
#endif
	return 0;
}

foo.h

#ifndef _FOO_H
#define _FOO_H

#define PI 3.1415926
#define AREA

struct foo_struct{
   
   
	int a;
};

#endif

fool2.c

int foo2 = 20;

void foo2_func(int x)
{
   
   
	int ret = foo2;
}

fool1.c

int fool = 10;

void fool_func()
{
   
   
	int ret = fool;
}

0x02 预编译

C语言中的预编译是以#开头，常用的预编译指令包括#include、#define、#if等等。在工具链中，一般都提供单独的编译器，比如GCC中提供的编译器为cpp。但是预编译也可以看作编译过程的第一遍，是为编译做的一些工作，所以通常编译器中也包含了预编译的功能。比如前面的gcc并没有单独调用cpp，而是直接调用ccl进行编译，原因就是如上。

gcc -E hello.c -o hello.i

编译之后可以查看文件hello.i：

# 7 "foo.h"
struct foo_struct