C/C++程序编译步骤详解

忘是亡心i 2021-11-27 01:10 267阅读 0赞

文章来自：http://www.xxlinux.com/linux/article/development/soft/20070424/8267.html

C/C++语言很多人都比较熟悉，这基本上是每位大学生必学的一门编程语言，通常还都是作为程序设计入门语言学的，并且课程大多安排在大一。刚上大学，孩子们还都很乖，学习也比较认真，用心。所以，C/C++语言掌握地也都不错，不用说编译程序，就是写个上几百行的程序都不在话下，但是他们真的知道C/C++程序编译的步骤么？

我想很多人都不甚清楚，如果他接下来学过“编译原理”，也许能说个大概。VC的“舒适”开发环境屏蔽了很多编译的细节，这无疑降低了初学者的入门门槛，但是也“剥夺”了他们“知其所以然”的权利，致使很多东西只能死记硬背，遇到相关问题就“丈二”。实际上，我也是在学习Linux环境下编程的过程中才逐渐弄清楚C/C++源代码是如何一步步变成可执行文件的。  
  
总体来说，C/C++源代码要经过： **预处理** 、 **[编译][Link 1]** 、 **汇编** 和 **连接** 四步才能变成相应平台下的可执行文件。大多数时候，程序员通过一个命令就能完成上述四个步骤。比如下面这段C的“Hello world！”代码:  
  
File: hw.c

如果用**[gcc][]**编译，只需要一个命令就可以生成可执行文件hw:

我们可以用-v参数来看看gcc到底在背后都做了些什么动作:

<table style="color:rgb(51,51,51); font-family:Verdana,Arial,Helvetica,sans-serif,宋体; font-size:14px; line-height:25px; border-collapse:collapse"> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td style="line-height:1.5; font-family:Verdana,Arial,Helvetica,sans-serif,宋体"> <code>Reading specs from /usr/lib/gcc/i686-pc-linux-gnu/3.4.6/specs Configured with:&nbsp;/var/tmp/portage/sys-devel/gcc-3.4.6-r2/work/gcc-3.4.6/configure--prefix=/usr&nbsp;--bindir=/usr/i686-pc-linux-gnu/gcc-bin/3.4.6--includedir=/usr/lib/gcc/i686-pc-linux-gnu/3.4.6/include--datadir=/usr/share/gcc-data/i686-pc-linux-gnu/3.4.6--mandir=/usr/share/gcc-data/i686-pc-linux-gnu/3.4.6/man--infodir=/usr/share/gcc-data/i686-pc-linux-gnu/3.4.6/info--with-gxx-include-dir=/usr/lib/gcc/i686-pc-linux-gnu/3.4.6/include/g++-v3--host=i686-pc-linux-gnu&nbsp;--build=i686-pc-linux-gnu&nbsp;--disable-altivec&nbsp;--enable-nls--without-included-gettext&nbsp;--with-system-zlib&nbsp;--disable-checking&nbsp;--disable-werror--enable-secureplt&nbsp;--disable-libunwind-exceptions&nbsp;--disable-multilib&nbsp;--disable-libgcj--enable-languages=c,c++,f77&nbsp;--enable-shared&nbsp;--enable-threads=posix--enable-__cxa_atexit&nbsp;--enable-clocale=gnu Thread model:&nbsp;posix gcc version 3.4.6&nbsp;(Gentoo 3.4.6-r2,&nbsp;ssp-3.4.6-1.0,&nbsp;pie-8.7.10) &nbsp;/usr/libexec/gcc/i686-pc-linux-gnu/3.4.6/cc1&nbsp;-quiet&nbsp;-v hw.c&nbsp;-quiet&nbsp;-dumpbase hw.c-mtune=pentiumpro&nbsp;-auxbase hw&nbsp;-version&nbsp;-o /tmp/ccYB6UwR.s ignoring nonexistent directory&nbsp;"/usr/local/include" ignoring nonexistent directory&nbsp;"/usr/lib/gcc/i686-pc-linux-gnu/3.4.6/../../../../i686-pc-linux-gnu/include" #include&nbsp;"..."&nbsp;search starts here: #include&nbsp;&lt;...&gt;&nbsp;search starts here: &nbsp;/usr/lib/gcc/i686-pc-linux-gnu/3.4.6/include &nbsp;/usr/include End&nbsp;of&nbsp;search list. GNU C version 3.4.6&nbsp;(Gentoo 3.4.6-r2,&nbsp;ssp-3.4.6-1.0,&nbsp;pie-8.7.10)&nbsp;(i686-pc-linux-gnu) &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;compiled by GNU C version 3.4.6&nbsp;(Gentoo 3.4.6-r2,&nbsp;ssp-3.4.6-1.0,&nbsp;pie-8.7.9). GGC heuristics:&nbsp;--param ggc-min-expand=81&nbsp;--param ggc-min-heapsize=97004 &nbsp;/usr/lib/gcc/i686-pc-linux-gnu/3.4.6/../../../../i686-pc-linux-gnu/bin/as&nbsp;-V&nbsp;-Qy&nbsp;-o /tmp/ccq8uGED.o /tmp/ccYB6UwR.s GNU assembler version 2.17&nbsp;(i686-pc-linux-gnu)&nbsp;using BFD version 2.17 &nbsp;/usr/libexec/gcc/i686-pc-linux-gnu/3.4.6/collect2&nbsp;--eh-frame-hdr&nbsp;-m elf_i386-dynamic-linker /lib/ld-linux.so.2&nbsp;-o hw /usr/lib/gcc/i686-pc-linux-gnu/3.4.6/../../../crt1.o /usr/lib/gcc/i686-pc-linux-gnu/3.4.6/../../../crti.o /usr/lib/gcc/i686-pc-linux-gnu/3.4.6/crtbegin.o-L/usr/lib/gcc/i686-pc-linux-gnu/3.4.6&nbsp;-L/usr/lib/gcc/i686-pc-linux-gnu/3.4.6-L/usr/lib/gcc/i686-pc-linux-gnu/3.4.6/../../../../i686-pc-linux-gnu/lib-L/usr/lib/gcc/i686-pc-linux-gnu/3.4.6/../../..&nbsp;/tmp/ccq8uGED.o&nbsp;-lgcc&nbsp;--as-needed-lgcc_s&nbsp;--no-as-needed&nbsp;-lc&nbsp;-lgcc&nbsp;--as-needed&nbsp;-lgcc_s&nbsp;--no-as-needed /usr/lib/gcc/i686-pc-linux-gnu/3.4.6/crtend.o /usr/lib/gcc/i686-pc-linux-gnu/3.4.6/../../../crtn.o </code> </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

稍微整理一下，去掉一些冗余信息后，如下:  
`` ``

以上三个命令分别对应于编译步骤中的预处理+编译、汇编和连接。预处理和编译还是放在了一个命令（cc1）中进行的，可以把它再次拆分为以下两步: ``

一个精简过的能编译以上hw.c文件的Makefile如下:

当然，上面Makefile中的一些路径是我系统上的具体情况，你的可能与我的不同。  
  
接下来我们按照编译顺序看看编译器每一步都做了什么。  
  
首先是预处理，预处理后的文件hw.i:

**注** ：由于文件比较大，所以只留下了少部分具有代表性的内容。  
  
可以看见预处理器把所有要包含（include）的文件（包括递归包含的文件）的内容都添加到了原始的C源文件中，然后把其输出到输出文件，除此之外，它还展开了所有的宏定义，所以在预处理器的输出文件中你将找不到任何宏。这也提供了一个查看宏展开结果的简便方法。  
  
第二步“编译”，就是把C/C++代码“翻译”成汇编代码：

这个汇编文件比预处理后的C/C++文件小了很多，去除了很多不必要的东西，比如说没用到的类型声明和函数声明等。  
  
第三步“汇编”，将第二步输出的汇编代码翻译成符合一定格式的机器代码，在Linux上一般表现为ELF目标文件。

最后一步“连接”，将上步生成的目标文件和系统库的目标文件和库文件连接起来，最终生成了可以在特定平台运行的可执行文件。为什么还要连接系统库中的某些目标文件（crt1.o, crti.o等）呢？这些目标文件都是用来初始化或者回收C运行时环境的，比如说堆内存分配上下文环境的初始化等，实际上crt也正是C RunTime的缩写。这也暗示了另外一点：程序并不是从main函数开始执行的，而是从crt中的某个入口开始的，在Linux上此入口是\_start。以上Makefile生成的是动态连接的可执行文件，如果要生成静态连接的可执行文件需要将Makefile中的相应段修改：

至此，一个可执行文件才最终创建完成。通常的项目中并不需要把编译过程分得如此之细，前三步一般是合为一体的，在Makefile中表现如下:

实际上，如果对hw.c进行了什么更改，那么前三步大多数情况下都是不可避免的。所以把他们写在一起也并没有什么坏处，相反倒可以用--pipe参数告诉编译器用管道替代临时文件，从而提升编译的效率。

[Link 1]: http://blog.csdn.net/shanzhizi
[gcc]: http://blog.csdn.net/shanzhizi/article/category/1535503