编译链接，从源文件到可执行文件的过程

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环境

编译器

这里使用的编译工具是Linux下的gcc/g++。
可以使用命令gcc -v查看gcc的版本。

编译过程

1.预处理
2.编译
3.汇编
4.链接

准备

3份.c源文件

test.c

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#include<stdio.h>
 
// 想使用其他文件里面的函数需要先用extern声明一下。
extern int Add(int, int); 
extern int Sub(int, int);
 
int main()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
 
	int c = Add(a, b); // 30
	printf("%d\n", c);
 
	int d = Sub(a, b); // -10
	printf("%d\n", d);
 
	return 0;
}

add.c

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// 加法函数
int Add(int x, int y)
{
	return x + y;
}

sub.c

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// 减法函数
int Sub(int x, int y)
{
	return x - y;
}

预处理

预处理阶段编译器做的事情：

  • 将源文件中包含的头文件展开。例如：#include<stdio.h>，其中#include被称为预处理指令。
  • #define 定义符号的替换。例如：#define Max 100，其中#define也被称为预处理指令。
  • 删除注释。

预处理命令：gcc -E test.c -o test.i
预处理产生的结果放在了test.i文件中

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gcc -E test.c -o test.i
gcc -E add.c -o add.i
gcc -E sub.c -o sub.i


查看test.i文件的内容，观察行数发现比源文件多了800多行
头文件被展开，注释被删除，define定义的符号被替换

编译

把代码翻译成汇编语言
编译命令：gcc -S test.i -o test.s

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gcc -S test.i -o test.s
gcc -S add.i -o add.s
gcc -S sub.i -o sub.s


查看test.s文件的内容，代码已经全部变成了汇编语言

汇编

把汇编指令翻译成二进制指令
命令：gcc -c test.s -o test.o

查看test.o文件的内容，里面全部变成了二进制指令

链接

生成可执行文件
命令：gcc test.o add.o sub.o -o test

执行程序

直接生成可执行文件

其实可以省略这些步骤，一步直接生成可执行文件

gcc test.c add.c sub.c -o example.so

深度剖析

符号汇总

在编译阶段会进行符号汇总，这里的符号是程序中的变量名、函数名，为后面的汇编和链接阶段做准备

形成符号表

在汇编阶段会形成符号表，如test.o和可执行程序的文件格式都是ELF文件格式
每个.o文件里面都有一个符号表，符号表里面有编译过程中记录的符号，并且还有与符号相关联的地址。
可以利用readelf工具来查看二进制文件

查看test.o文件的符号表

readelf -s test.o
可以看到有main,Add,printf,Sub这些符号

查看add.o文件的符号表

readelf -s add.o
可以看到有Add符号

查看sub.o文件的符号表

readelf -s sub.o
可以看到有Sub符号

链接

在链接阶段编译器会合并段表，合并符号表并重定向。
每个elf文件都是一段一段的，链接就是将每个.o文件的每一段都合并到最终的可执行程序的每一段里面。
将所有.o文件的符号表合并，形成可执行程序的符号表。
当合并完符号表后，可执行程序的符号表就拥有了所有符号有效地址，这样当其调用某个函数的时候就知道应该去那个文件里面找了。