Linux C程序的编译过程

学习一门语言程序，本人觉得还是得学习它的编译规则，现在，通过小例子小结下自己对C编译的认识。

/*test.c 了解C程序的编译*/

#include <stdio.h>
int main(void)
{
printf("Hello World! ");
return 0;
}

对于test.c，我们常用一步编译到位的命令是：

gcc -o test test.c 或者 gcc test.c -o test

实际上，上面的这个编译命令包含了四个阶段的处理，即预处理(也称预编译，Preprocessing)、编译(Compilation)、汇编 (Assembly)和连接(Linking)。

如图：

这里详细列举完整的编译过程

预处理：

首先对源代码文件test.c和相关头文件，如stdio.h等被预编译器编译成一个.i 文件。

作用：　　预处理的作用主要是读入源代码，检查包含预处理指令的语句和宏定义，并对源代码进行响应的转换。预处理过程还会删除程序中的注释和多余的空白字符。

对象：　　预编译器主要处理那些源代码文件中的以“#”开头的预编译指令。比如“#include”、“#define”等，主要的处理规则如下：

1、将所有#define删除，并且展开所有的宏。

2、处理所有条件预编译指令，比如“#if”、“#ifdef”、“#elif”、“#else”、“#endif”。

3、处理“#include”预编译指令，将被包含的头文件插入到预编译指令的位置。这个过程是递归进行的，也就是说，包含的头文件也可能包含有其他头文件。

4、删除所有注释”//“和”/**/“。

5、添加行号和文件名注释，比如：#2”test.c“2，以便编译时编译器产生调试的行号信息及用于编译时产生编译错误和警告时能显示行号。

6、保留所有#pragma编译指令，因为编译器要使用它们。

经过预编译的.i文件不包含任何宏定义，因为所有的宏已经被展开，并且包含的头文件也已经插入到.i文件中。所以我们无法判断宏定义是否正确或头文件是否正确时，可以查看预编译后的文件来确定问题。

如上面的test.c文件的预处理指令是

gcc -E test.c -o test.i

编译-编译成汇编语言

编译过程是把预处理完的文件进行一系列词法分析、语法分析及优化后产生相应的汇编代码文件。

gcc -S test.i -o test.s

这是上面代码编译出来test.s的内容

.file "test.c"
.section .rodata
.LC0:
.string "hello world"
.text
.globl main
.type main, @function
main:
.LFB0:
.cfi_startproc
pushq %rbp
.cfi_def_cfa_offset 16
.cfi_offset 6, -16
movq %rsp, %rbp
.cfi_def_cfa_register 6
movl $.LC0, %edi
call puts
movl $0, %eax
leave
.cfi_def_cfa 7, 8
ret
.cfi_endproc
.LFE0:
.size main, .-main
.ident "GCC: (GNU) 4.4.7 20120313 (Red Hat 4.4.7-4)"
.section .note.GNU-stack,"",@progbits

汇编

作用：将上面的汇编指令编译生成目标文件

汇编器是将汇编代码转换成机器可以执行的指令，每一个汇编语句几乎都对应一条机器指令。所以汇编器的汇编过程相对于编译器来说比较简单，他没有复杂的语法，也没有语义、也不需要指令优化，只是根据汇编指令和机器指令对照表一一对应翻译就可以了。

gcc -c test.s -o test.o

这是上面的test.o文件的内容

ELF > 8 @ @
UH夊? ? ? 擅 hello world GCC: (GNU) 4.4.7 20120313 (Red Hat 4.4.7-4) zR x? A?C P .symtab .strtab .shstrtab .rela.text .data .bss .rodata .comment .note.GNU-stack .rela.eh_frame @ ? 0 & X , X 1 X 9 0 d - B ? W ? 8 R ? ? a x € ? test.c main puts
?

链接

链接的主要目的是将程序的目标文件与所需要附加的目标文件链接起来，最终生成可执行文件。附加的目标文件也包括了所需要的库文件（静态链接库和动态链接库）

gcc test.o -o test

最终生成的test文件就是最终系统可以执行的文件。

对于程序的编译，我们一般把它认为“编译”和“链接”两部分也足够了，这里的编译已经包括了预处理，编译成汇编语言和编译成目标文件三个步骤了。只要头文件完整，语法无误，编译一般都能通过。只要有完整的目标文件和功能库文件，链接也可以成功。只要编译通过了，链接也通过了，整个项目的编译就算完成了。