gcc 編譯過程

gcc 編譯過程
從 hello.c 到 hello(或 a.out)文件， 必須歷經 hello.i、 hello.s、 hello.o，最后才得到 hello(或
a.out)文件，分別對應著預處理、編譯、匯編和鏈接 4 個步驟，整個過程如圖 10.5 所示。

這 4 步大致的工作內容如下：
（1） 預處理， C 編譯器對各種預處理命令進行處理，包括頭文件包含、宏定義的擴
展、條件編譯的選擇等；
（2） 編譯，將預處理得到的源代碼文件，進行“翻譯轉換”，產生出機器語言的目標
程序，得到機器語言的匯編文件；
（3） 匯編，將匯編代碼翻譯成了機器碼，但是還不可以運行；
（4） 鏈接，處理可重定位文件，把各種符號引用和符號定義轉換成為可執行文件中
的合適信息，通常是虛擬地址。

下面根據 hello.c 這個示例，跟蹤一下其中的細節。
（1）預處理
在 gcc 命令加上-E 參數，可以得到預處理文件。輸入下列命令：
vmuser@Linux-host:hello$ gcc -E hello.c –o hello.i
將會產生 hello.i 文件，這就是 hello.c 經過預處理后的文件。實際操作結果見圖 10.6。

圖 10.6 預編譯得到 hello.i 文件
一個原本連同空行才 8 行的代碼，經過預處理，得到了一個 800 多行的預處理文件，文
件開的內容如圖 10.7 所示。

圖 10.7 hello.i 文件開頭
hello.i 文件末尾處的內容如圖 10.8 所示。

圖 10.8 hello.i 文件末尾
其余部分內容請用 Vi 打開后進行查看。可以看到， hello.c 經過預處理后得到的 hello.i
文件，除了原本的幾行代碼之外，還包含了很多額外的變量、函數等等，這些都是預處理器
處理的結果。
（2）編譯
在 gcc 編譯參數加上-S，可以將 hello.i 編譯成 hello.s 文件。命令如下：
vmuser@Linux-host:hello$ gcc -S hello.i

實際操作和結果如圖 10.9 所示。

圖 10.9 編譯得到 hello.s 文件
hello.s 是一個匯編文件，可用 Vi 編輯器打開查看，如圖 10.10 所示。

圖 10.10 hello.s 文件內容
可以看到，該文件內容都是匯編語句。這里不對匯編進行解釋。
（3）匯編
得到了匯編文件后，通過 gcc 就可以得到機器碼了。在終端輸入下列命令，可以得到
hello.o 文件。
vmuser@Linux-host:hello$ gcc -c hello.s
實際操作和結果如圖 10.11 所示。

圖 10.11 匯編得到 hello.o 文件
（4）鏈接
盡管已經得到了機器碼，但這個文件卻還是不可以運行的，必須要經過鏈接才能運行。
在終端輸入下列命令，將會得到可執行文件 a.out。
vmuser@Linux-host:hello$ gcc hello.o
操作和結果如圖 10.12 所示。

圖 10.12 鏈接得到 a.out 文件
a.out 是 gcc 默認輸出文件名稱，可以通過-o 參數指定新的文件名。例如加上“-o hello”
參數，將會生成 hello 文件，這個文件和 a.out 實際上是一樣的，用 md5sum 命令計算文件校
驗值，兩者完全一樣，如圖 10.13 所示。

圖 10.13 a.out 和 hello 文件
鏈接可分為動態鏈接和靜態鏈接：
? 動態鏈接使用動態鏈接庫進行鏈接，生成的程序在執行的時候需要加載所需的動態
庫才能運行。動態鏈接生成的程序小巧，但是必須依賴動態庫，否則無法執行。
? Linux 下的動態鏈接庫實際是共享目標文件（shared object），一般是.so 文件，
作用類似于 Windows 下的.dll 文件。
? 靜態鏈接使用靜態庫進行鏈接，生成的程序包含程序運行所需要的全部庫，可以直
接運行，不過體積較大。
? Linux 下靜態庫是匯編產生的.o 文件的集合，一般以.a 文件形式出現。
gcc 默認是動態鏈接，加上-static 參數則采用靜態鏈接。再來看 hello.c 示例，在鏈接的
時候加上-static 參數：
vmuser@Linux-host:hello$ gcc hello.o -static -o hello_static
操作命令和結果如圖 10.14 所示，可以看到，動態鏈接生成的文件大小是 7155 字節，
而靜態鏈接生成的文件卻有 616096 字節，體積明顯大了很多。

圖 10.14 靜態鏈接和動態鏈接結果對比