C代码编译成可执行程序的过程

Posted 2020-08-25 Linux C/C++程序员

C代码通过编译器编译成可执行代码，经历了四个阶段，依次为：预处理、编译、汇编、链接。

接下来详细讲解各个阶段

一、预处理

1、任务：进行宏定义展开、头文件展开、条件编译，不检查语法。

2、命令：gcc -E [源文件]  -o [预处理文件]

3、案例：用gcc编译器预处理demo1.c代码，预处理后的文本放到demo1.i中。（gcc -E demo1.c -o demo1.i）

demo1.c代码如下:

 1 #include <stdio.h>
 2 
 3 #define add(a, b) (a + b)
 4 #define sub(a, b) (a - b)
 5 
 6 int main(void)
 7 {
 8     int a, b, c, d;
 9 #ifndef __cplusplus
10     a = b = c = d = 1;
11 #else
12     a = b = c = d = 2;
13 #endif
14     printf("num = %d\\n", sub(add(a, b), add(c, d)));
15     return 0;
16 }

demo1.c

生成的demo1.i代码如下：

 1 # 1 "demo.c"
 2 # 1 "<command-line>"
 3 # 1 "/usr/include/stdc-predef.h" 1 3 4
 4 # 1 "<command-line>" 2
 5 
 6 此处省略800行...
 7 
 8 extern void funlockfile (FILE *__stream) __attribute__ ((__nothrow__ , __leaf__));
 9 # 943 "/usr/include/stdio.h" 3 4
10 
11 # 2 "demo.c" 2
12 
13 
14 int main(void)
15 {
16     int a, b, c, d;
17 
18     a = b = c = d = 1;
19 
20 
21 
22     printf("num = %d\\n", ((a + b) - (c + d)));
23     return 0;
24 }

demo1.i

通过案例可以发现：#define宏定义、stdio.h头文件、#ifdef条件编译都被替换了，并且你还可以故意写一句有语法错误的代码，但是却不会报错。由于stdio.h头文件长达800多行，因此在demo1.i中只截取开头和结尾的几行。

　　　　

二、编译

1、任务：检查语法，将预处理过的文件编译生成汇编文件。

2、命令：gcc -S [源文件] -o [汇编文件]

3、案例；用gcc编译器编译demo2.c代码，编译后的汇编代码放到demo2.s中。（gcc -S demo2.c  -o demo2.s）

demo2.c代码如下:

1 #include <stdio.h>
2 
3 int main(int argc, char *argv[])
4 {
5     printf("hello world\\n");
6     return 0;
7 }

demo2.c

生成的demo2.s代码如下:

 1     .file    "demo2.c"
 2     .section    .rodata
 3 .LC0:
 4     .string    "hello world"
 5     .text
 6     .globl    main
 7     .type    main, @function
 8 main:
 9 .LFB0:
10     .cfi_startproc
11     pushq    %rbp
12     .cfi_def_cfa_offset 16
13     .cfi_offset 6, -16
14     movq    %rsp, %rbp
15     .cfi_def_cfa_register 6
16     subq    $16, %rsp
17     movl    %edi, -4(%rbp)
18     movq    %rsi, -16(%rbp)
19     movl    $.LC0, %edi
20     call    puts
21     movl    $0, %eax
22     leave
23     .cfi_def_cfa 7, 8
24     ret
25     .cfi_endproc
26 .LFE0:
27     .size    main, .-main
28     .ident    "GCC: (Ubuntu 4.8.2-19ubuntu1) 4.8.2"
29     .section    .note.GNU-stack,"",@progbits

demo.s

通过案例可以看出，我们写的c代码被编译成了汇编代码。故意写错一个语法点，编译器将报错。

 

三、汇编

1、任务：将汇编文件生成目标文件（2进制文件）。

2、命令：gcc -s [源文件] -o [目标文件]

3、案例：用gcc编译器汇编demo3.c代码，编译后的二进制代码放到demo3.o中。（gcc -c demo3.c  -o demo3.o）

demo3.c代码如下：

1 #include <stdio.h>
2 
3 int main(int argc, char *argv[])
4 {
5     printf("hello world\\n");
6     return 0;
7 }

demo3.c

生成的demo3.o代码如下：

通过汇编阶段，文本代码变成了二进制代码，也就是计算机可以识别的代码。c语言中，二进制代码文件是以.o为后缀名的。

 

四、链接

1、任务：找到依赖的库文件，将目标文件链接为可执行程序。

2、命令：gcc -c [目标文件] -o [可执行程序] -l[动态库名]

3、案例：通过gcc编译器让demo4链接自己制作的libadd.so动态库，并把demo4编译成可执行程序。gcc demo4.c -o demo4 -L./ -ladd

demo4.c代码如下：

1 #include <stdio.h>
2 #include "add.h"
3 
4 int main(int argc, char *argv[])
5 {
6     printf("add = %d\\n", add(1, 1));
7     return 0;
8 }

demo4.c

通过file命令查看可执行程序的信息：

运行结果：add = 2

还可以通过“size [可执行程序]”命令，来查看程序的text段、data段、bss段的大小。

在程序还没运行前，我们是可以确定它的text段、data段、bss段的大小。