摘自http://blog.csdn.net/elfprincexu/article/details/45043971
gcc/g++等編譯器 編譯原理： 預處理，編譯，匯編，鏈接各步驟詳解
C和C++編譯器是集成的，編譯一般分為四個步驟：
- 預處理(preprocessing) ----------------- cpp/ gcc -E
- 編譯(compilation) ------------------ cc1 / gcc -S
- 匯編(assembly) -------------------- as
- 連接(linking) --------------------- ld
gcc
認為預處理的文件是(.i)是C文件，並且設定C形式的連接；
g++
認為預處理的文件是(.i)是C++文件，並且設定C++形式的連接；
源文件后綴名的一些含義和后續的操作：
- .c C源程序 預處理，編譯，匯編
- .C C++源程序 預處理，編譯，匯編
- .cc C++源程序
- .cxx C++源程序 預處理，編譯，匯編
- .m Objective-C源程序 預處理，編譯，匯編
- .i 預處理后的C文件 編譯，匯編
- .ii 預處理后的C++文件 編譯，匯編
- .s 匯編語言源程序 匯編
- .S 匯編語言源程序 預處理，匯編
- .h 預處理器文件 通常不出現在命令行上
其他后綴名的文件被傳遞給連接器(linker).通常包括:
.o 目標文件(Object file)
.a 歸檔庫文件(Archive file)
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二、具體介紹一下GCC編譯步驟
首先，有以下hello.c源代碼
- #include<stdio.h>
- int main()
- {
- printf("Hello! This is our embedded world!\n");
- return 0;
- }
（1）預處理階段
在該階段，編譯器將上述代碼中的stdio.h編譯進來，並且用戶可以使用Gcc的選項”-E”進行查看，該選項的作用是讓Gcc在預處理結束后停止編譯過程。預處理階段主要處理#include和#define，它把#include包含進來的.h 文件插入到#include所在的位置，把源程序中使用到的用#define定義的宏用實際的字符串代替，我們可以用-E選項要求gcc只進行預處理而不進行后面的三個階段，
注意 ： Gcc指令的一般格式為：Gcc [選項] 要編譯的文件 [選項] [目標文件]
其中，目標文件可缺省，Gcc默認生成可執行的文件，命為：編譯文件.out
[root@localhost Gcc]# Gcc –E hello.c –o hello.i
在此處，選項"-o"是指目標文件，".i"文件為已經過預處理的C原始程序。以下列出了hello.i文件的部分內容：
- typedef int (*__gconv_trans_fct) (struct __gconv_step *,
- struct __gconv_step_data *, void *,
- __const unsigned char *,
- __const unsigned char **,
- __const unsigned char *, unsigned char **,
- size_t *);
- …
- # 2 "hello.c" 2
- int main()
- {
- printf("Hello! This is our embedded world!\n");
- return 0;
- }
由此可見，Gcc確實進行了預處理，它把”stdio.h”的內容插入到hello.i文件中。
（2）編譯階段
接下來進行的是編譯階段，在這個階段中，Gcc首先要檢查代碼的規范性、是否有語法錯誤等，以確定代碼的實際要做的工作，在檢查無誤后，Gcc把代碼翻譯成匯編語言。用戶可以使用”-S”選項來進行查看，該選項只進行編譯而不進行匯編，生成匯編代碼。
上面這兩步的輸出文件都是文本文件，我們可以用諸如cat的文本處理等命令閱讀這些輸出文件。
[root@localhost Gcc]# Gcc –S hello.i –o hello.s
以下列出了hello.s的內容，可見Gcc已經將其轉化為匯編了，感興趣的讀者可以分析一下這一行簡單的C語言小程序是如何用匯編代碼實現的。
- .file "hello.c"
- .section .rodata
- .align 4
- .LC0:
- .string "Hello! This is our embedded world!"
- .text
- .globl main
- .type main, @function
- main:
- pushl %ebp
- movl %esp, %ebp
- subl $8, %esp
- andl $-16, %esp
- movl $0, %eax
- addl $15, %eax
- addl $15, %eax
- shrl $4, %eax
- sall $4, %eax
- subl %eax, %esp
- subl $12, %esp
- pushl $.LC0
- call puts
- addl $16, %esp
- movl $0, %eax
- leave
- ret
- .size main, .-main
- .ident "GCC: (GNU) 4.0.0 20050519 (Red Hat 4.0.0-8)"
- .section .note.GNU-stack,"",@progbits
（3）匯編階段
匯編階段是把編譯階段生成的”.s”文件轉成目標文件，讀者在此可使用選項”-c”就可看到匯編代碼已轉化為”.o”的二進制目標代碼了。如下所示：
[root@localhost Gcc]# Gcc –c hello.s –o hello.o
（4）鏈接階段
在成功編譯之后，就進入了鏈接階段。在這里涉及到一個重要的概念：函數庫。
讀者可以重新查看這個小程序，在這個程序中並沒有定義”printf”的函數實現，且在預編譯中包含進的”stdio.h”中也只有該函數的聲明，而沒有定義函數的實現，那么，是在哪里實現”printf”函數的呢？最后的答案是：系統把這些函數實現都被做到名為libc.so.6的庫文件中去了，在沒有特別指定時，Gcc會到系統默認的搜索路徑”/usr/lib”下進行查找，也就是鏈接到libc.so.6庫函數中去，這樣就能實現函數”printf”了，而這也就是鏈接的作用。
函數庫一般分為靜態庫和動態庫兩種。
- 靜態庫是指編譯鏈接時，把庫文件的代碼全部加入到可執行文件中，因此生成的文件比較大，但在運行時也就不再需要庫文件了。其后綴名一般為”.a”。
- 動態庫與之相反，在編譯鏈接時並沒有把庫文件的代碼加入到可執行文件中，而是在程序執行時由運行時鏈接文件加載庫，這樣可以節省系統的開銷。動態庫一般后綴名為”.so”，如前面所述的libc.so.6就是動態庫。Gcc在編譯時默認使用動態庫。
- 說下生成靜態庫的方法：
- ar cr libxxx.a file1.o file2.o
- 就是把file1.o和file2.o打包生成libxxx.a靜態庫
- 使用的時候
- gcc test.c -L/path -lxxx -o test
- 動態庫的話：
- gcc -fPIC -shared file1.c -o libxxx.so
- 也可以分成兩部來寫：
- gcc -fPIC file1.c -c //這一步生成file1.o
- gcc -shared file1.o -o libtest.so
靜態庫鏈接時搜索路徑順序：
- 1. ld會去找GCC命令中的參數-L
- 2. 再找gcc的環境變量LIBRARY_PATH
- 3. 再找內定目錄 /lib /usr/lib /usr/local/lib 這是當初compile gcc時寫在程序內的
動態鏈接時、執行時搜索路徑順序:
- 1. 編譯目標代碼時指定的動態庫搜索路徑
- 2. 環境變量LD_LIBRARY_PATH指定的動態庫搜索路徑
- 3. 配置文件/etc/ld.so.conf中指定的動態庫搜索路徑
- 4. 默認的動態庫搜索路徑/lib
- 5. 默認的動態庫搜索路徑/usr/lib
有關環境變量：
- LIBRARY_PATH環境變量：指定程序靜態鏈接庫文件搜索路徑
- LD_LIBRARY_PATH環境變量：指定程序動態鏈接庫文件搜索路徑
完成了鏈接之后，Gcc就可以生成可執行文件，如下所示。
[root@localhost Gcc]# Gcc hello.o –o hello
運行該可執行文件，出現正確的結果如下。
[root@localhost Gcc]# ./hello
Hello! This is our embedded world!