GCC 编译详解

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本文详细介绍了GCC编译系统的工作流程，包括预处理、编译、汇编和链接四个阶段。通过MAC终端演示了从编写C语言源代码到生成可执行文件的全过程，解释了GCC的编译选项如-E、-S、-c的作用，以及动态库和静态库的概念。

说明:

GNU CC（简称为Gcc）是GNU项目中符合ANSI C标准的编译系统，能够编译用C、C++和Object C等语言编写的程序。Gcc不仅功能强大，而且可以编译如C、C++、Object C、Java、Fortran、Pascal、Modula-3和Ada等多种语言，而且Gcc又是一个交叉平台编译器，它能够在当前CPU平台上为多种不同体系结构的硬件平台开发软件，因此尤其适合在嵌入式领域的开发编译
本文借助的参考文档: http://www.cnblogs.com/azraelly/archive/2012/07/07/2580839.html
此文章由 @Scott 编写. 经 @春雨审核. 若转载此文章,请注明出处和作者

工程从创建到运行的各个阶段所生成的各类文件
GCC后缀名解释
MAC 终端演示4个步骤

工程从创建到运行的各个阶段所生成的各类文件.

GCC的编译流程分为四个步骤:

预处理(Pre-processing)
编译(Compiling)
汇编(Assembling)
链接(Linking)

原始程序(编写程序时生成的文件类型)

后缀名	对应的语言
.c	C原始程序
.C/.cc/.cxx	c++ 原始程序
.h	预处理文件(头文件)
.m	Objective-C 原始程序

预处理(Pre-processing)

后缀名	对应的语言
.i	已经过预处理的C原始程序
.ii	已经过预编译的C++原始程序.

编译(Compiling)

后缀名	对应的语言
.s/.S	汇编语言原始程序

汇编(Assembling)

后缀名	对应的语言
.o	目标文件

链接(Linking)

后缀名	对应的语言
.a/.so	编译后的库文件

GCC后缀名解释

MAC 终端演示4个步骤.

1. 使用vi 编写main.c 原代码

scott:tesk scott$ 
scott:tesk scott$ vim main.c
scott:tesk scott$ 

#include <stdio.h>
#define INFO "hello, world!" /**< 定义一个宏 */

int main() {

        printf("%s\n", INFO);
        return 0;

}

2. 预处理阶段

在该阶段，编译器将上述代码中的stdio.h编译进来，并且用户可以使用Gcc的选项”-E”进行查看，该选项的作用是让Gcc在预处理结束后停止编译过程.

Gcc指令的一般格式为：Gcc [选项] 要编译的文件 [选项] [目标文件]
其中，目标文件可缺省，Gcc默认生成可执行的文件，命为：编译文件.out

scott:tesk scott$ 
scott:tesk scott$ gcc -E main.c -o main.i
scott:tesk scott$ 
scott:tesk scott$ head main.i /**< 查看预处理之后的main.i文件部分内容. */
# 1 "main.c"
# 1 "<built-in>" 1
# 1 "<built-in>" 3
# 325 "<built-in>" 3
# 1 "<command line>" 1
# 1 "<built-in>" 2
# 1 "main.c" 2
# 1 "/Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/MacOSX.platform/Developer/SDKs/MacOSX10.11.sdk/usr/include/stdio.h" 1 3 4
# 64 "/Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/MacOSX.platform/Developer/SDKs/MacOSX10.11.sdk/usr/include/stdio.h" 3 4
# 1 "/Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/MacOSX.platform/Developer/SDKs/MacOSX10.11.sdk/usr/include/sys/cdefs.h" 1 3 4
...
...
...

(需要打开原始文件才能看到下面的内容)
# 2 "main.c" 2

int main() {

 printf("%s\n", "hello, world!"); /**< 此时发现在预处理阶段, 宏进行了替换. */
 return 0;

}

3. 编译阶段

接下来进行的是编译阶段，在这个阶段中，Gcc首先要检查代码的规范性、是否有语法错误等，以确定代码的实际要做的工作，在检查无误后，Gcc把代码翻译成汇编语言。用户可以使用”-S”选项来进行查看，该选项只进行编译而不进行汇编，生成汇编代码。

scott:tesk scott$ 
scott:tesk scott$ gcc -S main.i -o main.s
scott:tesk scott$ 
scott:tesk scott$ vim main.s /**< 查看main.s内容. */
        .section        __TEXT,__text,regular,pure_instructions
        .macosx_version_min 10, 11
        .globl  _main
        .align  4, 0x90
_main:                                  ## @main
        .cfi_startproc
## BB#0:
        pushq   %rbp
Ltmp0:
        .cfi_def_cfa_offset 16
Ltmp1:
        .cfi_offset %rbp, -16
        movq    %rsp, %rbp
Ltmp2:
        .cfi_def_cfa_register %rbp
        subq    $16, %rsp
        leaq    L_.str(%rip), %rdi
        leaq    L_.str1(%rip), %rsi
...
...
...

4. 汇编阶段

汇编阶段是把编译阶段生成的”.s”文件转成目标文件，读者在此可使用选项”-c”就可看到汇编代码已转化为”.o”的二进制目标代码了

scott:tesk scott$ 
scott:tesk scott$ gcc -c main.s -o main.o
scott:tesk scott$

5. 链接阶段

在成功编译之后，就进入了链接阶段。在这里涉及到一个重要的概念：函数库。

读者可以重新查看这个小程序，在这个程序中并没有定义”printf”的函数实现，且在预编译中包含进的”stdio.h”中也只有该函数的声明，而没有定义函数的实现，那么，是在哪里实现”printf”函数的呢？最后的答案是：系统把这些函数实现都被做到名为libc.so.6的库文件中去了，在没有特别指定时，Gcc会到系统默认的搜索路径”/usr/lib”下进行查找，也就是链接到libc.so.6库函数中去，这样就能实现函数”printf”了，而这也就是链接的作用。

函数库一般分为静态库和动态库两种。静态库是指编译链接时，把库文件的代码全部加入到可执行文件中，因此生成的文件比较大，但在运行时也就不再需要库文件了。其后缀名一般为”.a”。动态库与之相反，在编译链接时并没有把库文件的代码加入到可执行文件中，而是在程序执行时由运行时链接文件加载库，这样可以节省系统的开销。动态库一般后缀名为”.so”，如前面所述的libc.so.6就是动态库。Gcc在编译时默认使用动态库。

完成了链接之后，Gcc就可以生成可执行文件.

scott:tesk scott$ 
scott:tesk scott$ gcc main.o -o main
scott:tesk scott$

6. 运行可执行文件.

scott:tesk scott$ 
scott:tesk scott$ ./main 
hello, world!
scott:tesk scott$ 
scott:tesk scott$