gcc 编译过程

╰半橙微兮° 2022-03-02 12:46 378阅读 0赞

平时我们使用gcc 编译C程序，我们通常只用  gcc hello.c -o hello 之类的，顶多为了gdb调试再使用 -g 参数！

其实我们可以使用手动编译来了解整个gcc编译的过程！

我们使用最简单的Hello World 程序做示例：

#include "stdio.h"
    int main()
    {
        printf("Hello World\n");
        return  0;
    }

# 1 、预处理(Pre-processing) #

在该阶段，编译器将C源代码中的包含的头文件如stdio.h编译进来，用户可以使用gcc的选项”-E”进行查看。

用法：  gcc -E hello.c -o hello.i

作用：将hello.c预处理输出hello.i文件。

#ls
    hello.c  
    #gcc -E hello.c -o hello.i
    #ls
    hello.c  hello.i

使用vim 查看hello.i 可以看到 hello.i中包括很多很多头文件：

# 1 "hello.c"
    # 1 "<命令行>"
    # 1 "hello.c"
    # 1 "/usr/include/stdio.h" 1 3 4
    # 28 "/usr/include/stdio.h" 3 4
    # 1 "/usr/include/features.h" 1 3 4
    # 324 "/usr/include/features.h" 3 4
    # 1 "/usr/include/i386-linux-gnu/bits/predefs.h" 1 3 4
    # 325 "/usr/include/features.h" 2 3 4
    # 357 "/usr/include/features.h" 3 4
    ……
    extern void funlockfile (FILE *__stream) __attribute__ ((__nothrow__ , __leaf__));
    # 940 "/usr/include/stdio.h" 3 4
    
    # 2 "hello.c" 2
    int main()
    {
     printf("Hello World\n");
     return 0;
    }

我们也可以使用 gcc -M hello.c  生成文件关联的信息。包含目标文件所依赖的所有源代码。

#ls
    hello.c  hello.i
    #gcc -M hello.c 
    hello.o: hello.c /usr/include/stdio.h /usr/include/features.h \
     /usr/include/i386-linux-gnu/bits/predefs.h \
     /usr/include/i386-linux-gnu/sys/cdefs.h \
     /usr/include/i386-linux-gnu/bits/wordsize.h \
     /usr/include/i386-linux-gnu/gnu/stubs.h \
     /usr/include/i386-linux-gnu/gnu/stubs-32.h \
     /usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.7/include/stddef.h \
     /usr/include/i386-linux-gnu/bits/types.h \
     /usr/include/i386-linux-gnu/bits/typesizes.h /usr/include/libio.h \
     /usr/include/_G_config.h /usr/include/wchar.h \
     /usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.7/include/stdarg.h \
     /usr/include/i386-linux-gnu/bits/stdio_lim.h \
     /usr/include/i386-linux-gnu/bits/sys_errlist.h
    #

# 2 、编译阶段(Compiling) #

第二步进行的是编译阶段，在这个阶段中，Gcc首先要检查代码的规范性、是否有语法错误等，以确定代码的实际要做的工作，在检查无误后，Gcc把代码翻译成汇编语言。用户可以使用”-S”选项来进行查看，该选项只进行编译而不进行汇编，生成汇编代码。  
 用法:  gcc -S --verbose-asm hello.i -o hello.s  
作用：将预处理输出文件hello.i汇编成hello.s文件。

#gcc -S --verbose-asm hello.i -o hello.s
    #ls
    hello.c  hello.i  hello.s

使用vim查看hello.s 文件：

.file   "hello.c"
    # GNU C (Ubuntu/Linaro 4.7.2-2ubuntu1) version 4.7.2 (i686-linux-gnu)
    #   compiled by GNU C version 4.7.2, GMP version 5.0.2, MPFR version 3.1.0-p3, MPC version 0.9
    # GGC heuristics: --param ggc-min-expand=100 --param ggc-min-heapsize=131072
    # 传递的选项：  -fpreprocessed hello.i -mtune=generic -march=i686
    # -auxbase-strip hello.s -fverbose-asm -fstack-protector
    # 启用的选项：  -fasynchronous-unwind-tables -fauto-inc-dec
    # -fbranch-count-reg -fcommon -fdebug-types-section
    # -fdelete-null-pointer-checks -fdwarf2-cfi-asm -fearly-inlining
    # -feliminate-unused-debug-types -ffunction-cse -fgcse-lm -fgnu-runtime
    # -fident -finline-atomics -fira-share-save-slots -fira-share-spill-slots
    # -fivopts -fkeep-static-consts -fleading-underscore -fmath-errno
    # -fmerge-debug-strings -fmove-loop-invariants -fpcc-struct-return
    # -fpeephole -fprefetch-loop-arrays -fsched-critical-path-heuristic
    # -fsched-dep-count-heuristic -fsched-group-heuristic -fsched-interblock
    # -fsched-last-insn-heuristic -fsched-rank-heuristic -fsched-spec
    # -fsched-spec-insn-heuristic -fsched-stalled-insns-dep -fshow-column
    # -fsigned-zeros -fsplit-ivs-in-unroller -fstack-protector
    # -fstrict-volatile-bitfields -ftrapping-math -ftree-cselim -ftree-forwprop
    # -ftree-loop-if-convert -ftree-loop-im -ftree-loop-ivcanon
    # -ftree-loop-optimize -ftree-parallelize-loops= -ftree-phiprop -ftree-pta
    # -ftree-reassoc -ftree-scev-cprop -ftree-slp-vectorize
    # -ftree-vect-loop-version -funit-at-a-time -funwind-tables
    # -fvect-cost-model -fverbose-asm -fzero-initialized-in-bss -m32 -m80387
    # -m96bit-long-double -maccumulate-outgoing-args -malign-stringops
    # -mfancy-math-387 -mfp-ret-in-387 -mglibc -mieee-fp -mno-red-zone
    # -mno-sse4 -mpush-args -msahf -mtls-direct-seg-refs
    
        .section    .rodata
    .LC0:
        .string "Hello World"
        .text
        .globl  main
        .type   main, @function
    main:
    .LFB0:
        .cfi_startproc
        pushl   %ebp    #
        .cfi_def_cfa_offset 8
        .cfi_offset 5, -8
        movl    %esp, %ebp  #,
        .cfi_def_cfa_register 5
        andl    $-16, %esp  #,
        subl    $16, %esp   #,
        movl    $.LC0, (%esp)   #,
        call    puts    #
        movl    $0, %eax    #, D.1815
        leave
        .cfi_restore 5
        .cfi_def_cfa 4, 4
        ret

# 3 、汇编阶段(Assembling) #

汇编阶段是把编译阶段生成的”.s”文件转成二进制目标代码.  
用法：  gcc -c hello.s -o hello.o

作用：将汇编输出文件test.s编译输出test.o文件。

#ls
    hello.c  hello.i  hello.s
    #gcc -c hello.s -o hello.o
    #ls
    hello.c  hello.i  hello.o  hello.s

使用 file hello.o 查看hello.o文件信息：

#file hello.o 
    hello.o: ELF 32-bit LSB relocatable, Intel 80386, version 1 (SYSV), not stripped
    #

我们也可以使用objdump查看hello.o的汇编信息：  objdump -d hello.o

#objdump -d hello.o 
    
    hello.o：     文件格式 elf32-i386
    
    
    Disassembly of section .text:
    
    00000000 <main>:
       0:	55                   	push   %ebp
       1:	89 e5                	mov    %esp,%ebp
       3:	83 e4 f0             	and    $0xfffffff0,%esp
       6:	83 ec 10             	sub    $0x10,%esp
       9:	c7 04 24 00 00 00 00 	movl   $0x0,(%esp)
      10:	e8 fc ff ff ff       	call   11 <main+0x11>
      15:	b8 00 00 00 00       	mov    $0x0,%eax
      1a:	c9                   	leave  
      1b:	c3                   	ret    
    #

这个和我们使用gdb调试时使用disassemble查看是一样的！

(gdb) disassemble 
    Dump of assembler code for function main:
       0x0804840c <+0>:	push   %ebp
       0x0804840d <+1>:	mov    %esp,%ebp
       0x0804840f <+3>:	and    $0xfffffff0,%esp
       0x08048412 <+6>:	sub    $0x10,%esp
    => 0x08048415 <+9>:	movl   $0x80484c8,(%esp)
       0x0804841c <+16>:	call   0x80482f0 <puts@plt>
       0x08048421 <+21>:	mov    $0x0,%eax
       0x08048426 <+26>:	leave  
       0x08048427 <+27>:	ret    
    End of assembler dump.
    (gdb)

# 4 、链接阶段(Link) #

在成功编译之后，就进入了链接阶段。无选项链接。  
  
用法：gcc -v hello.o -o hello  
  
作用：将编译输出文件hello.o链接成最终可执行文件hello。

#gcc -v hello.o  -o hello
    使用内建 specs。
    COLLECT_GCC=gcc
    COLLECT_LTO_WRAPPER=/usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.7/lto-wrapper
    目标：i686-linux-gnu
    配置为：../src/configure -v --with-pkgversion='Ubuntu/Linaro 4.7.2-2ubuntu1' --with-bugurl=file:///usr/share/doc/gcc-4.7/README.Bugs --enable-languages=c,c++,go,fortran,objc,obj-c++ --prefix=/usr --program-suffix=-4.7 --enable-shared --enable-linker-build-id --with-system-zlib --libexecdir=/usr/lib --without-included-gettext --enable-threads=posix --with-gxx-include-dir=/usr/include/c++/4.7 --libdir=/usr/lib --enable-nls --with-sysroot=/ --enable-clocale=gnu --enable-libstdcxx-debug --enable-libstdcxx-time=yes --enable-gnu-unique-object --enable-plugin --enable-objc-gc --enable-targets=all --disable-werror --with-arch-32=i686 --with-tune=generic --enable-checking=release --build=i686-linux-gnu --host=i686-linux-gnu --target=i686-linux-gnu
    线程模型：posix
    gcc 版本 4.7.2 (Ubuntu/Linaro 4.7.2-2ubuntu1) 
    COMPILER_PATH=/usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.7/:/usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.7/:/usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/:/usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.7/:/usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/
    LIBRARY_PATH=/usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.7/:/usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.7/../../../i386-linux-gnu/:/usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.7/../../../../lib/:/lib/i386-linux-gnu/:/lib/../lib/:/usr/lib/i386-linux-gnu/:/usr/lib/../lib/:/usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.7/../../../:/lib/:/usr/lib/
    COLLECT_GCC_OPTIONS='-v' '-o' 'hello' '-mtune=generic' '-march=i686'
     /usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.7/collect2 --sysroot=/ --build-id --no-add-needed --as-needed --eh-frame-hdr -m elf_i386 --hash-style=gnu -dynamic-linker /lib/ld-linux.so.2 -z relro -o hello /usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.7/../../../i386-linux-gnu/crt1.o /usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.7/../../../i386-linux-gnu/crti.o /usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.7/crtbegin.o -L/usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.7 -L/usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.7/../../../i386-linux-gnu -L/usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.7/../../../../lib -L/lib/i386-linux-gnu -L/lib/../lib -L/usr/lib/i386-linux-gnu -L/usr/lib/../lib -L/usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.7/../../.. hello.o -lgcc --as-needed -lgcc_s --no-as-needed -lc -lgcc --as-needed -lgcc_s --no-as-needed /usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.7/crtend.o /usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.7/../../../i386-linux-gnu/crtn.o
    #

我们可以使用 nm hello 查看使用的符号信息

#nm hello
    0804a020 B __bss_start
    0804a020 b completed.6382
    0804a018 D __data_start
    0804a018 W data_start
    08048350 t deregister_tm_clones
    080483c0 t __do_global_dtors_aux
    08049f0c t __do_global_dtors_aux_fini_array_entry
    0804a01c D __dso_handle
    08049f14 d _DYNAMIC
    0804a020 D _edata
    0804a024 B _end
    080484a8 T _fini
    080484c0 R _fp_hw
    080483e0 t frame_dummy
    08049f08 t __frame_dummy_init_array_entry
    080485c8 r __FRAME_END__
    0804a000 d _GLOBAL_OFFSET_TABLE_
             w __gmon_start__
    080484a2 T __i686.get_pc_thunk.bx
    080482b0 T _init
    08049f0c t __init_array_end
    08049f08 t __init_array_start
    080484c4 R _IO_stdin_used
             w _ITM_deregisterTMCloneTable
             w _ITM_registerTMCloneTable
    08049f10 d __JCR_END__
    08049f10 d __JCR_LIST__
             w _Jv_RegisterClasses
    080484a0 T __libc_csu_fini
    08048430 T __libc_csu_init
             U __libc_start_main@@GLIBC_2.0
    0804840c T main
             U puts@@GLIBC_2.0
    08048380 t register_tm_clones
    08048320 T _start
    0804a020 D __TMC_END__
    #