1. 编译和链接----你真的了解HelloWord吗

本文主要是介绍1. 编译和链接----你真的了解HelloWord吗，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

• 平时的应用程序开发，很少需要关注编译和链接的过程，因为通常的开发环境都是流行的集成开发环境（IDE），比如VS等，这些IDE通常将编译和链接的过程一步完成，我们通常将这种合并到一起的过程称为构建。其实即使用命令行来编译一个源代码文件，简单的一句gcc hello.c 命令就包含了非常复杂的过程。
• 虽然这些默认配置、编译和链接参数对于大部分的应用程序开发已经足够了，但是在开发过程中，我们会被这种便捷所迷惑，软件的运行机制和机理被掩盖了，一些程序莫名其妙的错误我们无法解决，性能瓶颈也束手无策。只能看到现象，看不到本质，所以要深入了解这些机制。

1.编译器到底隐藏了哪些东西

// hello.c
#include <stdio.h>int main()
{printf("Hello World\n");return 0;
}

在Linux下，当我们使用GCC来编译该程序时，只需要最简单的命令

gcc hello.c
./a.out

事实上，上述过程可以分解为4个步骤：预处理、编译、汇编、链接

1.1 预编译

• 首先是源代码文件hello.c 和相关的头文件，如stdio.h 等被预编译器cpp 预编译成一个.i 文件。对于c++ 来说，它的源文件扩展名可能是.cpp 或者.cxx，头文件的扩展名可能是.hpp ，而预编译后的文件扩展名是.ii。

• 第一步的预编译过程相当于如下命令：其中-E 表示只进行预编译

  gcc -E hello.c -o hello.i

或者

cpp hello.c > hello.i

• 预编译过程主要处理源文件中以# 开始的预编译指令，比如#include, #define 等。规则主要如下：
  • 将所有的#define 删除，并且展开所有的宏定义
  • 处理所有的条件编译指令，比如#if, #ifdef, #elif, #else, #endif 条件编译
  • 处理#include 预编译指令，将被包含的文件插入到该预编译指令的位置，注意，这个过程是递归进行的，也就是说被包含的文件可能还包含其他文件。
  • 删除所有的注释//. /* */
  • 添加行号和文件名标识，比如 #2 "hello.c" 2 ，以便编译时编译器产生调试用的行号的信息，及用于编译时产生编译错误或警告时能够显示行号。
  • 保留所有的#progma编译器指令，因为编译器需要使用他们

可以看到简单的几行代码，预编译之后变成了733行！！！

行号也互相匹配

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

1.2 编译

编译过程就是把预处理完的文件进行一系列词法分析、语法分析、语义分析及优化后生成相应的汇编代码文件。这个过程是整个程序构建的核心部分，也是最复杂的部分。

• gcc -S hello.i -o hello.s 或者 gcc -S hello.c -o hello.s

• 现在版本的GCC把预编译和编译两个步骤合并成一个步骤，使用一个叫做ccl 的程序来完成这两个步骤。/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/9/cc1 ，因此也可以直接调用ccl 来完成

  /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/9/cc1 hello.c

对于C语言来说，这个预编译和编译的程序是cc1 ，对于C++来说，有对应的程序叫做cc1plus ；Objective-C是cc1obj ；fortran 是f771 ;Java是jc1

所以实际上gcc命令只是这些后台程序的包装，它会根据不同的参数要求去调用预编译程序cc1, 汇编器as，链接器ld

1.3 汇编

汇编器是将汇编代码转变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讲比较简单，没有复杂的语法，也没有语义，也不需要指令优化，按照对照表一一翻译就行。

汇编过程可以调用汇编器as 来完成

as hello.s -o hello.o

或者

gcc -c hello.s -o hello.o

或者直接使用gcc命令，从C源代码文件开始，经过预编译、编译和汇编直接输出目标文件

gcc -c hello.c -o hello.o

2.1.4 链接

• 为什么汇编器不直接输出可执行文件而是输出一个目标文件呢？
• 链接过程到底包含了什么内容？
• 为什么要链接？

下面我们来看看怎样调用ld 才可以产生一个能够正常运行的HelloWorld 程序

ld -static /usr/lib/crt1.o /usr/lib/crti.o /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/9/crtbeginT.o-L/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/9  -L/usr/lib  -L/lib hello.o--start-group -lgcc -lgcc_eh -lc --end-group /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/9crtend.o/usr/lib/crtn.o

如果把所有的路径都省略掉，那么就是

ld -static crt1.o crti.o crtbeginT.o hello.o -start-group -lgcc -lgcc_eh -lc -end-group crtend.o crtn.o

也就是说，我们需要将一大堆文件链接起来才可以看到a.out，也就是最终的可执行文件。

• 那么crt1.o, crti.o .... 这些文件是什么？
• 做什么用？
• -lgcc -lgcc_eh -lc 这些是什么参数？为什么使用？
• 为什么要将他们和hello.o 链接起来才能得到可执行文件？

这些需要后续的章节一点点看了，未完待续。。。

这篇关于1. 编译和链接----你真的了解HelloWord吗的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！

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