gcc 编译过程

gcc 编译器可以将代码生成可执行文件，主要流程如下：

计算机只认识机器码，任何高级编程语言编写的程序运行都需要将代码转换为机器码，最后通过链接生成可执行文件

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预处理

主要是处理源代码中以 "#" 开头的预处理指令，比如 #include、#define 等，将其置换后直接插入程序文本中，得到另一个 C 程序，通常以 .i 作为扩展名

1. 递归处理 #include 预处理指令，将对应文件的内容复制到该指令的位置
2. 删除所有的 #define 指令，并在其被引用的位置递归地展开所有的宏
3. 处理所有的条件预处理指令，如：#if、#ifdef、#elif、#else、#endif 等
4. 删除所有的注释
5. 添加行号和文件名标识

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编译

将预处理文件进行一系列的词法分析、语法分析、语义分析以及优化，最终生成汇编代码，通常以 .s 作为扩展名

• gcc 默认使用 AT&T 格式的汇编语言，添加编译选项 -masm = intel 可以指定为 intel 格式
• 编译选项 -fno-asynchronous-unwind-tables 用于生成没有 cfi 宏的汇编指令，提高可读性
• 若 printf() 只有单一参数，gcc 的优化策略会将其替换成 puts() 以提高性能

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汇编

汇编器根据汇编指令与机器指令对照表进行翻译，通常以 .o 作为扩展名

• 此时的 .o 文件是一个可重定位文件，可以使用 objdump -sd .o文件名 -M intel 查看其内容
• 由于此时还未进行链接，文件符号中的虚拟地址无法确定

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链接

将目标文件及其依赖库进行链接，生成可执行文件。包括：地址和空间分配、符号绑定、重定位等

• gcc 默认为动态链接（添加编译选项 - static 可指定使用静态编译）
• 链接操作由链接器（ld.so）完成，然后就会得到一个可执行文件，其包含了大量的库文件
• 链接完成后，上一步无法确定的虚拟地址就被修正为实际的符号地址，可以被加载到内存中正常执行

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可执行文件

广义的可执行文件：文件中的数据是可执行代码的文件，例如 .out、.exe、.sh、.py

狭义的可执行文件：文件中的数据是机器码的文件，例如 .out、.exe、.dll、.so

Windows PE

1. 可执行程序 .exe
2. 动态链接库 .dll
3. 静态链接库 .lib

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Linux ELF

1. 可执行程序 .out
2. 动态链接库 .so
3. 静态链接库 .a

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gcc 编译指令

以 C 语言编写一个简单的 hello.c 程序为例：

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

处理过程：

• 编译 hello.c，一步到位，默认生成 a.out 可执行文件

gcc hello.c

• 编译 hello.c，一步到位，并指定生成文件名为 hello 可执行文件

gcc hello.c -o hello

• 只执行预处理，生成 hello.i 源文件

gcc -E hello.c -o hello.i

• 只执行预处理和编译，生成 hello.s 汇编文件

gcc -S hello.c

• 也可以由 hello.i 文件生成 hello.s 汇编文件，即：对预处理文件进行编译

gcc -S hello.i -o hello.s

• 只执行预处理、编译和汇编，生成 hello.o 目标文件

gcc -c hello.c

• 也可以由 hello.i 或 hello.s 生成 hello.o 目标文件

gcc -c hello.i -o hello.o
gcc -c hello.s -o hello.o

• 由 hello.o 目标文件链接成可执行文件 hello

gcc hello.o -o hello

按照上述方法生成的可执行文件 hello，在使用 gdb 调试时会显示：

(No debugging symbols found in hello)

因为 gcc 希望可执行文件更小、更快，默认是不加调试信息的

如果想要在编译时产生调试信息，需加上参数 -g

gcc -g hello.c -o hello

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gcc 编译 32 位

gcc 可以指定编译为 32 位程序和 64 位程序，在 64 位机器上默认编译为 64 位程序

在 64 位系统下，安装下列库使 gcc 支持编译 32 位程序：

sudo apt install gcc-multilib g++-multilib module-assistant

在上述 gcc 编译指令中，加上参数 -m32 即可指定编译为 32 位，加上 -m64 即可指定编译为 64 位

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