GCC简单编译流程

1. gcc编译流程

gcc将hello.c源文件编译成可执行的binary文件需要经过hello.i、hello.s、hello.o、hello四个步骤，如图所示:

• 1.预处理：展开头文件和宏定义等。
  gcc -E hello.c -o hello.i
• 2.编译：将预处理得到的源代码转换成汇编文件（得到汇编文件）。
  gcc -S hello.i -o hello.s
• 3.汇编：将汇编代码转成不可执行的机器码文件（得到机器码文件）。
  gcc -c hello.s -o hello.o
• 4.链接：将不可执行的机器码文件转成可执行的文件，把各种符号引用和符号定义转换成为可执行文件中的合适信息，通常是虚拟地址（得到可执行文件）。
  gcc hello.o -o hello
  我们也可以直接使用gcc hello.c -o hello一步生成binary文件hello

  源码从前端经过词法分析、语法分析/语义分析之后生成AST/GENERIC（可通过gcc hello.c -fdump-tree-original-raw查看AST表示），再转换成GIMPLE中间表示，GCC还需要对GIMPLE进行低级化、IPA处理等，再转成SSA优化后生成RTL，最终才生成汇编代码（中间过程可通过gcc hello.c -fdump-tree-all查看），整个过程如下：

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1.1 查看详细信息

gcc编译时可以采用 gcc --verbose 命令打印出编译连接时的详细信息，如下：

• 1.编译阶段：/home/zgl/gcc-8.2.0/libexec/gcc/x86_64-pc-linux-gnu/8.2.0/cc1 -quiet -v hello.c -quiet -dumpbase hello.c -mtune=generic -march=x86-64 -auxbase hello -version -o /tmp/cc0jyba9.s
  gcc采用cc1进行编译（源文件 -> .s文件）
• 2.汇编阶段： as -v --64 -o /tmp/cc60EyJj.o /tmp/cc0jyba9.s
  gcc调用汇编器as进行汇编（.s文件 -> .o文件）
• 3.链接阶段：/home/zgl/gcc-8.2.0/libexec/gcc/x86_64-pc-linux-gnu/8.2.0/collect2 -plugin /home/zgl/gcc-8.2.0/libexec/gcc/x86_64-pc-linux-gnu/8.2.0/liblto_plugin.so -plugin-opt=/home/zgl/gcc-8.2.0/libexec/gcc/x86_64-pc-linux-gnu/8.2.0/lto-wrapper -plugin-opt=-fresolution=/tmp/cce1Spju.res -plugin-opt=-pass-through=-lgcc -plugin-opt=-pass-through=-lgcc_s -plugin-opt=-pass-through=-lc -plugin-opt=-pass-through=-lgcc -plugin-opt=-pass-through=-lgcc_s --eh-frame-hdr -m elf_x86_64 -dynamic-linker /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 -o hello
  当汇编完成得到目标文件，这时需要连接器ld，gcc采用collect2作为链接器ld的中间件（.o文件 -> 可执行文件）

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2. 链接可分为动态链接和静态链接

• 动态链接使用动态链接库进行链接，生成的程序在执行的时候需要加载所需的动态库才能运行。动态链接生成的程序小巧，但是必须依赖动态库，否则无法执行。
• Linux 下的动态链接库实际是共享目标文件（shared object），一般是.so 文件，作用类似于 Windows 下的.dll 文件。
• 静态链接使用静态库进行链接，生成的程序包含程序运行所需要的全部库，可以直接运行，不过体积较大。
• Linux 下静态库是汇编产生的.o 文件的集合，一般以.a 文件形式出现。

gcc 默认是动态链接，加上-static 参数则采用静态链接。 gcc编译系统主要由三部分组成：与语言相关的前端、与语言无关的后端、与机器相关的机器描述

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3. GCC中的前、中、后端及Tool chain模型

1. 典型前端：

2. 典型中后端：

3. Gnu Tool Chain：

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总结

GCC的优化流程主要是: 编译器首先从编译命令行中解析出优化参数，经过语法分析器将源程序翻译成等价的AST(抽象语法树)形式； 再由中间代码生成器将AST转换为RTL(Register transfer language)；然后由优化器根据解析出的优化参数实施相应的优化策略；最后由代码生成器读入优化后的RTL并生成可执行机器码予以输出。事实上,GCC的优化绝大部分都是在RTL这个层次上实施的。

References:

• 《深入分析GCC》.王亚刚
• GCC Resource Center for GCC Internals