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C語言從編譯到運(yùn)行

一、前言

最近在看CSAPP（深入理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)）然后以前也學(xué)過C語言，但是從來沒有深究寫好的C代碼是怎么編譯再到執(zhí)行的。

所以現(xiàn)在自己學(xué)習(xí)，然后記錄下來。

以最常用的hello world！程序?yàn)槔?程序名： main.c

#include <stdio.h>

int main()
{
  printf("Hello world!\n");
  return 0;
}

二、C程序編譯過程

hello程序的生命周期是從一個高級C語言程序開始的，為了能夠運(yùn)行hello.c程序，每一條C語句都被其他程序轉(zhuǎn)化為一系列的低級機(jī)器語言指令。然后這些指令按照一種稱為可執(zhí)行目標(biāo)程序的格式打包，以二進(jìn)制磁盤文件的形式存放起來。目標(biāo)程序也稱為可執(zhí)行目標(biāo)文件。

編譯一個 C程序可以分為四階段：預(yù)處理階段--->生成匯編代碼階段--->匯編階段--->鏈接階段

C語言從編譯到運(yùn)行過程詳解

各個階段的代碼可以通過gcc指令來生成

如果沒有g(shù)cc可以用下面指令安裝

sudo apt-get build-dep gcc

安裝完之后可以根據(jù)以下指令查看是否安裝成功

gcc --version

C語言從編譯到運(yùn)行過程詳解

安裝好后用下面指令生成中間文件

gcc main.c 直接生成可執(zhí)行文件 a.out
gcc -E main.c -o hello.i 生成預(yù)處理后的代碼
gcc CS main.c -o hello.s 生成匯編代碼
gcc Cc main.c -o hello.o 生成目標(biāo)代碼

三、階段過程

1、預(yù)處理階段

gcc -E main.c -o hello.i 生成預(yù)處理后的代碼

　　預(yù)處理器（cpp）根據(jù)以字符 # 開頭的命令，修改原始的C程序。比如mian.c中第一行的 #include<stdio.h> 命令就告訴預(yù)處理器讀取系統(tǒng)頭文件stdio.h的內(nèi)容，并且把它直接插入程序文本中。同時刪除注釋行，添加行號和文件名標(biāo)識。這樣就得到了另一個C程序，通常是以 .i 作為文件擴(kuò)展名。所以經(jīng)過預(yù)編譯的 .i 文件是不包含宏定義的。

　　處理完后我們來看看 hello.i 文件。發(fā)現(xiàn)原來的7行代碼變成了700多行，我們的代碼在最后面。而前面多出來的代碼就是 .c 中#include<stdio.h>展開的代碼。

C語言從編譯到運(yùn)行過程詳解

2、編譯階段

gcc CS main.c -o hello.s　　　　 生成匯編代碼

　　編譯是將源文件（hello.i）翻譯成匯編文件（hello.s）的過程。中間包含詞法、語法分析等步驟，具體過程可以參考《編譯原理》。

　　打開匯編代碼我們會發(fā)現(xiàn)里面有很多以 . 開頭的行，所有這些以 . 開頭的行都是指導(dǎo)匯編器和鏈接器工作的偽指令。我們通常可以忽略這些行。

C語言從編譯到運(yùn)行過程詳解

去掉這些行后剩下的部分。

C語言從編譯到運(yùn)行過程詳解

3、匯編階段

gcc Cc main.c -o hello.o 生成目標(biāo)代碼

匯編階段是把編譯階段生成的 .s 文件轉(zhuǎn)成 .o 的二進(jìn)制目標(biāo)代碼。匯編器（as）將 hello.s 翻譯成機(jī)器語言指令，把這些指令打包成一種叫做可重定位目標(biāo)程序的格式，并將結(jié)果保存在目標(biāo)文件hello.o中。hello.o文件是一個二進(jìn)制文件，它的字節(jié)編碼是機(jī)器語言指令而不是字符。如果我們在文本編譯器中打開 hello.o 文件，看到的將是一堆亂碼。

你非要看就是這樣

C語言從編譯到運(yùn)行過程詳解

4、鏈接階段

　　這個階段就是把匯編后的機(jī)器指令集變成可以直接運(yùn)行的文件，而對目標(biāo)文件進(jìn)行鏈接主要是因?yàn)樵谀繕?biāo)文件中可能用到了在其他文件當(dāng)中定義的字段(或者函數(shù))，通過鏈接來把多個不同目標(biāo)文件關(guān)聯(lián)到一起。

　　hello 程序調(diào)用了printf 函數(shù)，它是每個 C 編譯器都會提供的標(biāo)準(zhǔn)C庫中的一個函數(shù)，printf 函數(shù)存在于一個名為 printf.o 的單獨(dú)預(yù)編譯好了的標(biāo)準(zhǔn)文件中，而這個文件必須以某種方式合并到我們的 hello.o 程序中，鏈接器（ld）就負(fù)責(zé)處理這種合并，結(jié)果就得到 hello 文件，它是一個可執(zhí)行目標(biāo)文件（簡稱：可執(zhí)行文件），可以被加載到內(nèi)存中，有系統(tǒng)執(zhí)行。

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