gcc程序的编译过程和链接原理

 

 

一、C/C++文件的编译过程：

先来看一下gcc的使用方法和常用选项

提示：gcc --help

 

Ⅰ、使用方法：

gcc [选项] 文件名

Ⅱ、常用选项:

选项 含义

选项	含义
-v	查看gcc编译器的版本，显示gcc执行时的详细过程
-o <file>	Place the output into <file>；指定输出文件名为file，这个名称不能跟源文件名同名
-E	Preprocess only; do not compile, assemble or link；只预处理，不会编译、汇编、链接
-S	Compile only; do not assemble or link；只编译，不会汇编、链接
-c	Compile and assemble, but do not link； 编译和汇编，不会链接

      一个C/C++文件要经过预处理(preprocessing)、编译(compilation)、汇编(assembly)、和连接(linking)才能变成可执行文件。

 

以下列程序为例，追层来分析编译过程。

hello.c：

#include <stdio.h>

#define   MAX  20 
#define   MIN  10 

#define  _DEBUG
#define   SetBit(x)  (1<<x) 

int main(int argc, char* argv[])
{
    printf("Hello World \n");
    printf("MAX = %d,MIN = %d,MAX + MIN = %d\n",MAX,MIN,MAX + MIN); 

#ifdef _DEBUG
    printf("SetBit(5) = %d,SetBit(6) = %d\n",SetBit(5),SetBit(6));
    printf("SetBit( SetBit(2) ) = %d\n",SetBit( SetBit(2) ));       
#endif    
    return 0;
}

① 预处理:

gcc -E -o hello.i hello.c

预处理就是将要包含(include)的文件插入原文件中、将宏定义展开、根据条件编译命令选择要使用的代码，最后将这些代码输出到一个“.i”文件中等待进一步处理。

 

② 编译:

gcc -S -o hello.s hello.i

编译就是把C/C++代码(比如上面的”.i”文件)“翻译”成汇编代码。

 

③ 汇编:

gcc -c -o hello.o hello.s

 

.o:object file(OBJ文件) 这里表现为二进制目标文件：

汇编就是将第二步输出的汇编代码翻译成符合一定格式的机器代码，在Linux系统上一般表现位ELF目标文件(OBJ文件)。

 

④ 链接:

gcc -o hello hello.o

链接就是将汇编生成的OBJ文件、系统库的OBJ文件、库文件链接起来，最终生成可以在特定平台运行的可执行程序。

 

总结：在编译过程中。除非使用了”-c”，“-S”,或”-E”选项(或者编译错误阻止了完整的过程)，否则统一完整链接步骤。

譬如：gcc hello.c 和gcc -o hello hello.c都已经完成链接操作。

 

又如：gcc -c -o hello.o hello.c

 

二、链接原理：

gcc -c -o hello.o hello.c 不作最后一步链接，得到hello.o二进制OBJ文件

gcc -v -o hello hello.o 我们来看一样链接过程是怎样的：

 

book@www.100ask.org:/work/gcc_options/1th$ gcc -v -o hello hello.o

Using built-in specs.

COLLECT_GCC=gcc

COLLECT_LTO_WRAPPER=/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/5/lto-wrapper

Target: x86_64-linux-gnu

Configured with: ../src/configure -v --with-pkgversion='Ubuntu 5.4.0-6ubuntu1~16.04.4' --with-bugurl=file:///usr/share/doc/gcc-5/README.Bugs --enable-languages=c,ada,c++,java,go,d,fortran,objc,obj-c++ --prefix=/usr --program-suffix=-5 --enable-shared --enable-linker-build-id --libexecdir=/usr/lib --without-included-gettext --enable-threads=posix --libdir=/usr/lib --enable-nls --with-sysroot=/ --enable-clocale=gnu --enable-libstdcxx-debug --enable-libstdcxx-time=yes --with-default-libstdcxx-abi=new --enable-gnu-unique-object --disable-vtable-verify --enable-libmpx --enable-plugin --with-system-zlib --disable-browser-plugin --enable-java-awt=gtk --enable-gtk-cairo --with-java-home=/usr/lib/jvm/java-1.5.0-gcj-5-amd64/jre --enable-java-home --with-jvm-root-dir=/usr/lib/jvm/java-1.5.0-gcj-5-amd64 --with-jvm-jar-dir=/usr/lib/jvm-exports/java-1.5.0-gcj-5-amd64 --with-arch-directory=amd64 --with-ecj-jar=/usr/share/java/eclipse-ecj.jar --enable-objc-gc --enable-multiarch --disable-werror --with-arch-32=i686 --with-abi=m64 --with-multilib-list=m32,m64,mx32 --enable-multilib --with-tune=generic --enable-checking=release --build=x86_64-linux-gnu --host=x86_64-linux-gnu --target=x86_64-linux-gnu

Thread model: posix

gcc version 5.4.0 20160609 (Ubuntu 5.4.0-6ubuntu1~16.04.4)

COMPILER_PATH=/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/5/:/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/5/:/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/:/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/5/:/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/

LIBRARY_PATH=/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/5/:/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/5/../../../x86_64-linux-gnu/:/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/5/../../../../lib/:/lib/x86_64-linux-gnu/:/lib/../lib/:/usr/lib/x86_64-linux-gnu/:/usr/lib/../lib/:/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/5/../../../:/lib/:/usr/lib/

COLLECT_GCC_OPTIONS='-v' '-o' 'hello' '-mtune=generic' '-march=x86-64'

/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/5/collect2 -plugin /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/5/liblto_plugin.so -plugin-opt=/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/5/lto-wrapper -plugin-opt=-fresolution=/tmp/ccbhavbV.res

-plugin-opt=-pass-through=-lgcc -plugin-opt=-pass-through=-lgcc_s

-plugin-opt=-pass-through=-lc -plugin-opt=-pass-through=-lgcc

-plugin-opt=-pass-through=-lgcc_s --sysroot=/ --build-id

--eh-frame-hdr -m elf_x86_64 --hash-style=gnu --as-needed

-dynamic-linker /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 -z relro

-o hello

/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/5/../../../x86_64-linux-gnu/crt1.o

/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/5/../../../x86_64-linux-gnu/crti.o

/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/5/crtbegin.o

-L/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/5

-L/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/5/../../../x86_64-linux-gnu

-L/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/5/../../../../lib

-L/lib/x86_64-linux-gnu -L/lib/../lib

-L/usr/lib/x86_64-linux-gnu -L/usr/lib/../lib

-L/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/5/../../..

hello.o

-lgcc --as-needed -lgcc_s --no-as-needed -lc -lgcc --as-needed -lgcc_s --no-as-needed

/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/5/crtend.o

/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/5/../../../x86_64-linux-gnu/crtn.o

book@www.100ask.org:/work/gcc_options/1th$

• crt1.o、crti.o、crtbegin.o、crtend.o、crtn.o是gcc加入的系统标准启动文件，对于一般应用程序，这些启动是必需的。
• -lc：链接libc库文件，其中libc库文件中就实现了printf等函数。

 

① 动态链接：动态链接使用动态链接库进行链接，生成的程序在执行的时候需要加载所需的动态库才能运行。  动态链接生成的程序体积较小，但是必须依赖所需的动态库，否则无法执行。

默认使用动态链接：

gcc -o hello_shared hello.o

 

 

② 静态链接：静态链接使用静态库进行链接，生成的程序包含程序运行所需要的全部库，可以直接运行，不过静态链接生成的程序体积较大。

gcc -static -o hello_static hello.o

 

③ -nostartfiles

不链接系统标准启动文件，而标准库文件仍然正常使用：

gcc -v -nostartfiles -o hello hello.o

 

④ -nostdlib（最常用）

不链接系统标准启动文件和标准库文件：

gcc -v -nostdlib -o hello hello.o

 

 

- 会提示因为没有链接系统标准启动文件和标准库文件，而链接失败。

- 这个-nostdlib选项常用于裸机/bootloader、linux内核等程序，因为它们不需要启动文件、标准库文件。

 

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