浅谈C/C++的编译过程——源码如何变成可执行文件

相信很多人同我一样，在刚刚接触C语言的时候，只是找了一本教材，或者是找了一套教学视频，跟着慢慢学习C语言的语法，并没有去多想一个.c文件在后台究竟是经过了怎样的步骤才最终变成.exe文件；就在前几天，本人闲着无聊翻开了在书架上吃灰将近一年的“全新”CSAPP，在看到其第一章的内容之后，恍然大悟，姑且水一篇博客纪念一下。

首先我们来简要看一下CSAPP原书上的内容：（这是我按照自己的理解结合原书内容敲下的，也许会存在事实上的错误，尊重原书的说法。）

一个.c源码最终变成可执行文件要经过以下步骤：

预处理阶段：预处理器根据以#开头的指令，修改源码内容，比如如果源码中有 #include<stdio.h> 则预处理器会读取文件 stdio.h 文件中的内容，并将其直接插入到原来的源码文件中，通常另存为以 .i 为扩展名的文件。

编译阶段：编译器读取 .i 文件中的内容，并将其翻译为以 .s 为扩展名的汇编语言文件。

汇编阶段：汇编器将 .s 文件翻译成机器码，并保存为 .o为扩展名的文件。

链接阶段：链接器将不同的 .o 文件合并到一起，组成最终的可执行文件；比如我们的程序里调用了 printf 函数，作为一个C标准函数，printf 单独存在于一个 printf.o 的文件中，那么链接器将会找到这个 printf.o 文件，将其中的内容合并到我们自己的 .o 文件中，生成可以被加载到内存中执行的文件。

光看理论没啥意思，让我们来手动操作一下：

首先新建一个 hello.c 文件，在里面敲上经典的C语言hello world代码，保存，进入cmd或powershell，移动到 hello.c 所在的文件夹（linux怎么做肯定不用我讲了，逃ε=ε=ε=┏(゜ロ゜;)┛）。

之后输入如下指令：

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

然后，打开 hello.i 我们就可以看到，预处理器已经对源码进行了修改（文件内容很多，我姑且放一张截图上来）

当然了，在文件的末尾是我们可怜的main函数：

如果想知道完整的文件里有什么，当然是自己动手试一下啦(✿◡‿◡)

然后，我们再打开 hello.s 文件，可以看到原始的 .c 被翻译为 .s 之后的结果：

（CSDN好像没有专门的汇编的渲染，姑且设置成C++）

	.file	"hello.c"
	.text
	.def	__main;	.scl	2;	.type	32;	.endef
	.section .rdata,"dr"
.LC0:
	.ascii "hello world\0"
	.text
	.globl	main
	.def	main;	.scl	2;	.type	32;	.endef
	.seh_proc	main
main:
	pushq	%rbp
	.seh_pushreg	%rbp
	movq	%rsp, %rbp
	.seh_setframe	%rbp, 0
	subq	$32, %rsp
	.seh_stackalloc	32
	.seh_endprologue
	call	__main
	leaq	.LC0(%rip), %rcx
	call	puts
	movl	$0, %eax
	addq	$32, %rsp
	popq	%rbp
	ret
	.seh_endproc
	.ident	"GCC: (x86_64-posix-sjlj-rev0, Built by MinGW-W64 project) 8.1.0"
	.def	puts;	.scl	2;	.type	32;	.endef

接下来我们还可以用：

gcc hello.c -o hello.o

生成 .o 文件，不过到了这一步。这些东西就完全超出我的姿势范围了。

单个文件玩过了，当然还要玩一下多文件才过瘾，让我们准备三个文件： hell2.c func.c func.h ，内容依次如下：

// hello2.c
#include <stdio.h>
#include "func.h"

int main()
{
	say_hello();
}

// func.h
#ifndef FUNC_H
#define FUNC_H

#include <stdio.h>
void say_hello();

#endif

// func.c
#include "func.h"

void say_hello()
{
	printf("hello\n");
}

之后还是进入命令行模式，依次输入以下指令：

gcc -c func.c -o func.o
gcc -E hello2.c -o hello2.i
gcc -S hello2.c -o hello2.s
gcc hello2.c func.o -o hello2.exe

如果没有错误，我们将得到 func.c 编译生成的 .o 文件， hello2.c 经过预处理器和编译器处理之后得到的 .i 和 .s 文件，以及 hello2.c 最终生成的可执行文件。

打开 hello2.i ，我们将看到 #include "func.h" 被预处理器替换之后的情况：

// 上面省略100多行天书
# 1 "C:/mingw64/x86_64-w64-mingw32/include/_mingw_print_pop.h" 1 3
# 1400 "C:/mingw64/x86_64-w64-mingw32/include/stdio.h" 2 3
# 3 "hello2.c" 2
# 1 "func.h" 1






# 6 "func.h"
void say_hello();
# 4 "hello2.c" 2

int main()
{
 say_hello();
}

打开 hello2.s ，我们可以看到“精简”的汇编代码：

	.file	"hello2.c"
	.text
	.def	__main;	.scl	2;	.type	32;	.endef
	.globl	main
	.def	main;	.scl	2;	.type	32;	.endef
	.seh_proc	main
main:
	pushq	%rbp
	.seh_pushreg	%rbp
	movq	%rsp, %rbp
	.seh_setframe	%rbp, 0
	subq	$32, %rsp
	.seh_stackalloc	32
	.seh_endprologue
	call	__main
	call	say_hello
	movl	$0, %eax
	addq	$32, %rsp
	popq	%rbp
	ret
	.seh_endproc
	.ident	"GCC: (x86_64-posix-sjlj-rev0, Built by MinGW-W64 project) 8.1.0"
	.def	say_hello;	.scl	2;	.type	32;	.endef

这篇博客到这里就差不多了，水平有限，欢迎指正！

=￣ω￣=

浅谈C/C++的编译过程——源码如何变成可执行文件

猜你喜欢