GCC编译步骤详解

我们知道C/C++代码编译要经过4个步骤：预处理、编译、汇编、连接。
我们一般编译程序的时候大多通过编译器的一步操作就完成这4步操作，这反而让我们不太注意编译的具体过程。
我们这里详细看一下编译的每个步骤都发生了什么。
先写一个简单的helloworld.c
helloworld.c------------------------
#include<stdio.h>
int main(int argc, char* argv[])
{
  printf("Hello World/n");
  return 0;
}
-----------------------------------------

如果简单的用gcc编译，一般看到的编译和执行结果是这样简单。
$ gcc helloworld.c -o helloworld
$ ./helloworld
Hello World

现在我们在编译的时候在gcc后面加上-v参数看一下编译的详细过程：
$ gcc -v helloworld.c -o helloworld
----------------------------------------------------
Using built-in specs.
Target: i486-linux-gnu
Configured with: ../src/configure -v --with-pkgversion='Ubuntu 4.4.3-4ubuntu5' --with-bugurl=file:///usr/share/doc/gcc-4.4/README.Bugs --enable-languages=c,c++,fortran,objc,obj-c++ --prefix=/usr --enable-shared --enable-multiarch --enable-linker-build-id --with-system-zlib --libexecdir=/usr/lib --without-included-gettext --enable-threads=posix --with-gxx-include-dir=/usr/include/c++/4.4 --program-suffix=-4.4 --enable-nls --enable-clocale=gnu --enable-libstdcxx-debug --enable-plugin --enable-objc-gc --enable-targets=all --disable-werror --with-arch-32=i486 --with-tune=generic --enable-checking=release --build=i486-linux-gnu --host=i486-linux-gnu --target=i486-linux-gnu
Thread model: posix
gcc version 4.4.3 (Ubuntu 4.4.3-4ubuntu5)
COLLECT_GCC_OPTIONS='-v' '-o' 'helloworld' '-mtune=generic' '-march=i486'
 /usr/lib/gcc/i486-linux-gnu/4.4.3/cc1 -quiet -v helloworld.c -D_FORTIFY_SOURCE=2 -quiet -dumpbase helloworld.c -mtune=generic -march=i486 -auxbase helloworld -version -fstack-protector -o /tmp/cctE4Jk2.s
GNU C (Ubuntu 4.4.3-4ubuntu5) version 4.4.3 (i486-linux-gnu)
    compiled by GNU C version 4.4.3, GMP version 4.3.2, MPFR version 2.4.2-p1.
GGC heuristics: --param ggc-min-expand=97 --param ggc-min-heapsize=126998
ignoring nonexistent directory "/usr/local/include/i486-linux-gnu"
ignoring nonexistent directory "/usr/lib/gcc/i486-linux-gnu/4.4.3/../../../../i486-linux-gnu/include"
ignoring nonexistent directory "/usr/include/i486-linux-gnu"
#include "..." search starts here:
#include <...> search starts here:
 /usr/local/include
 /usr/lib/gcc/i486-linux-gnu/4.4.3/include
 /usr/lib/gcc/i486-linux-gnu/4.4.3/include-fixed
 /usr/include
End of search list.
GNU C (Ubuntu 4.4.3-4ubuntu5) version 4.4.3 (i486-linux-gnu)
    compiled by GNU C version 4.4.3, GMP version 4.3.2, MPFR version 2.4.2-p1.
GGC heuristics: --param ggc-min-expand=97 --param ggc-min-heapsize=126998
Compiler executable checksum: 5998ce5f1765e99eea5269f4c1e38d44
COLLECT_GCC_OPTIONS='-v' '-o' 'helloworld' '-mtune=generic' '-march=i486'
 as -V -Qy -o /tmp/ccc02j4Q.o /tmp/cctE4Jk2.s
GNU assembler version 2.20.1 (i486-linux-gnu) using BFD version (GNU Binutils for Ubuntu) 2.20.1-system.20100303
COMPILER_PATH=/usr/lib/gcc/i486-linux-gnu/4.4.3/:/usr/lib/gcc/i486-linux-gnu/4.4.3/:/usr/lib/gcc/i486-linux-gnu/:/usr/lib/gcc/i486-linux-gnu/4.4.3/:/usr/lib/gcc/i486-linux-gnu/:/usr/lib/gcc/i486-linux-gnu/4.4.3/:/usr/lib/gcc/i486-linux-gnu/
LIBRARY_PATH=/usr/lib/gcc/i486-linux-gnu/4.4.3/:/usr/lib/gcc/i486-linux-gnu/4.4.3/:/usr/lib/gcc/i486-linux-gnu/4.4.3/../../../../lib/:/lib/../lib/:/usr/lib/../lib/:/usr/lib/gcc/i486-linux-gnu/4.4.3/../../../:/lib/:/usr/lib/:/usr/lib/i486-linux-gnu/
COLLECT_GCC_OPTIONS='-v' '-o' 'helloworld' '-mtune=generic' '-march=i486'
 /usr/lib/gcc/i486-linux-gnu/4.4.3/collect2 --build-id --eh-frame-hdr -m elf_i386 --hash-style=both -dynamic-linker /lib/ld-linux.so.2 -o helloworld -z relro /usr/lib/gcc/i486-linux-gnu/4.4.3/../../../../lib/crt1.o /usr/lib/gcc/i486-linux-gnu/4.4.3/../../../../lib/crti.o /usr/lib/gcc/i486-linux-gnu/4.4.3/crtbegin.o -L/usr/lib/gcc/i486-linux-gnu/4.4.3 -L/usr/lib/gcc/i486-linux-gnu/4.4.3 -L/usr/lib/gcc/i486-linux-gnu/4.4.3/../../../../lib -L/lib/../lib -L/usr/lib/../lib -L/usr/lib/gcc/i486-linux-gnu/4.4.3/../../.. -L/usr/lib/i486-linux-gnu /tmp/ccc02j4Q.o -lgcc --as-needed -lgcc_s --no-as-needed -lc -lgcc --as-needed -lgcc_s --no-as-needed /usr/lib/gcc/i486-linux-gnu/4.4.3/crtend.o /usr/lib/gcc/i486-linux-gnu/4.4.3/../../../../lib/crtn.o
-----------------------------------------------------
从输出信息里可以看到里面实际执行的步骤有：
1.  /usr/lib/gcc/i486-linux-gnu/4.4.3/cc1 -quiet -v helloworld.c -D_FORTIFY_SOURCE=2 -quiet -dumpbase helloworld.c -mtune=generic -march=i486 -auxbase helloworld -version -fstack-protector -o /tmp/cctE4Jk2.s

2.  as -V -Qy -o /tmp/ccc02j4Q.o /tmp/cctE4Jk2.s

3.   /usr/lib/gcc/i486-linux-gnu/4.4.3/collect2 .............

第1步是用cc1,进行预处理和编译
第2步是用as进行汇编
第3步是用collect2进行连接操作

其中第一步可以cc1实际进行了两步操作，预处理和连接，它实际上可以分成两步单独执行。
cpp -o helloworld.i helloworld.c
cc1 hw.i -o /tmp/cctE4Jk2.s

cpp的结果是对代码进行预处理，#define之类的宏在这里被预处理。
预处理的结果包含进来了那些#include进来的代码，这导致一个helloworld.i里面很长，可以打开看看。

类似这样的一段代码：
----------------------------------------------------------------------------------
这是截取的代码最后一段：

extern char *ctermid (char *__s) __attribute__ ((__nothrow__));
# 886 "/usr/include/stdio.h" 3 4
extern void flockfile (FILE *__stream) __attribute__ ((__nothrow__));

extern int ftrylockfile (FILE *__stream) __attribute__ ((__nothrow__)) ;

extern void funlockfile (FILE *__stream) __attribute__ ((__nothrow__));
# 916 "/usr/include/stdio.h" 3 4

# 2 "helloworld.c" 2
int main(int argc, char* argv[])
{
  printf("Hello World/n");
  return 0;
}
----------------------------------------------------------------------------------

第1步结果cc1的结果cctE4Jk2.s中是生成的汇编语言，
inline内联函数在编译阶段被处理。
本例的汇编结果如下：
---------------------------------------------------------
        .file   "helloworld.c"
        .section        .rodata
.LC0:
        .string "Hello World"
        .text
.globl main
        .type   main, @function
main:
        pushl   %ebp
        movl    %esp, %ebp
        andl    $-16, %esp
        subl    $16, %esp
        movl    $.LC0, (%esp)
        call    puts
        movl    $0, %eax
        leave
        ret
        .size   main, .-main
        .ident  "GCC: (Ubuntu 4.4.3-4ubuntu5) 4.4.3"
        .section        .note.GNU-stack,"",@progbits
~                                                          
------------------------------------------------------------------

第2步和第3步汇编和连接后的代码就看不动拉。


有时间抠一下技术细节，在linux下一切都是透明的，想弄明白什么东西总是可以弄透。

lixinso
lixinso[at]gmail[dot]com